f2fs mkdir创建目录过程分析

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f2fs mkdir创建目录过程分析

不论是文件，还是目录，在文件系统中都由inode表示，本篇主要看一下创建一个目录f2fs都做了哪些事情，创建了哪些结构，什么样的格式，怎样最终存储到存储中。

SYSCALL_DEFINE3(mkdirat, int, dfd, const char __user *, pathname, umode_t, mode)
{struct dentry *dentry;struct path path;int error;unsigned int lookup_flags = LOOKUP_DIRECTORY;retry:dentry = user_path_create(dfd, pathname, &path, lookup_flags);if (IS_ERR(dentry))return PTR_ERR(dentry);if (!IS_POSIXACL(path.dentry->d_inode))mode &= ~current_umask();error = security_path_mkdir(&path, dentry, mode);if (!error)error = vfs_mkdir2(path.mnt, path.dentry->d_inode, dentry, mode);done_path_create(&path, dentry);if (retry_estale(error, lookup_flags)) {lookup_flags |= LOOKUP_REVAL;goto retry;}return error;
}

系统调用mkdirat供应用层创建一个目录，此函数先在ram中创建目录的dentry结构，然后调用vfs_mkdir2进入真正的创建流程。vfs_mkdir2函数有四个参数：

1) path.mnt: 创建目录的上一层目录的vfsmount信息

2) struct inode *dir: 上级目录的inode结构

3) struct dentry*dentry: 要创建目录的dentry

vfs_mkdir2这些参数，最终会传给f2fs_mkdir，f2fs_mkdir函数实现f2fs文件系统创建目录相关结构。

static int f2fs_mkdir(struct inode *dir, struct dentry *dentry, umode_t mode)

	struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(dir);struct inode *inode;int err;if (unlikely(f2fs_cp_error(sbi)))return -EIO;err = dquot_initialize(dir);if (err)return err;inode = f2fs_new_inode(dir, S_IFDIR | mode);if (IS_ERR(inode))return PTR_ERR(inode);

f2fs_mkdir函数，

首先判断f2fs check point是否有错，初始化quot info，之后会调用f2fs_new_inode，新建f2fs inode, 表示新建的目录：

static struct inode *f2fs_new_inode(struct inode *dir, umode_t mode)
{struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(dir);nid_t ino;struct inode *inode;bool nid_free = false;int xattr_size = 0;int err;//在f2fs inode cache申请一个f2fs inode,并初始化inode = new_inode(dir->i_sb);if (!inode)return ERR_PTR(-ENOMEM);f2fs_lock_op(sbi);//新申请一个node idif (!alloc_nid(sbi, &ino)) {f2fs_unlock_op(sbi);err = -ENOSPC;goto fail;}f2fs_unlock_op(sbi);nid_free = true;//初始化inode gid,uid等inode_init_owner(inode, dir, mode);//设置inode i_ino为申请的f2fs nidinode->i_ino = ino;inode->i_blocks = 0;//初始化时间等信息inode->i_mtime = inode->i_atime = inode->i_ctime =F2FS_I(inode)->i_crtime = current_time(inode);inode->i_generation = sbi->s_next_generation++;err = insert_inode_locked(inode);if (err) {err = -EINVAL;goto fail;}if (f2fs_sb_has_project_quota(sbi->sb) &&(F2FS_I(dir)->i_flags & FS_PROJINHERIT_FL))F2FS_I(inode)->i_projid = F2FS_I(dir)->i_projid;elseF2FS_I(inode)->i_projid = make_kprojid(&init_user_ns,F2FS_DEF_PROJID);err = dquot_initialize(inode);if (err)goto fail_drop;err = dquot_alloc_inode(inode);if (err)goto fail_drop;//设置inode 标志为FI_NEW_INODEset_inode_flag(inode, FI_NEW_INODE);/* If the directory encrypted, then we should encrypt the inode. */if ((f2fs_encrypted_inode(dir) || DUMMY_ENCRYPTION_ENABLED(sbi)) &&f2fs_may_encrypt(inode))f2fs_set_encrypted_inode(inode);if (f2fs_sb_has_extra_attr(sbi->sb)) {set_inode_flag(inode, FI_EXTRA_ATTR);F2FS_I(inode)->i_extra_isize = F2FS_TOTAL_EXTRA_ATTR_SIZE;}if (test_opt(sbi, INLINE_XATTR))set_inode_flag(inode, FI_INLINE_XATTR);if (test_opt(sbi, INLINE_DATA) && f2fs_may_inline_data(inode))set_inode_flag(inode, FI_INLINE_DATA);if (f2fs_may_inline_dentry(inode))set_inode_flag(inode, FI_INLINE_DENTRY);if (f2fs_sb_has_flexible_inline_xattr(sbi->sb)) {f2fs_bug_on(sbi, !f2fs_has_extra_attr(inode));if (f2fs_has_inline_xattr(inode))xattr_size = F2FS_OPTION(sbi).inline_xattr_size;/* Otherwise, will be 0 */} else if (f2fs_has_inline_xattr(inode) ||f2fs_has_inline_dentry(inode)) {xattr_size = DEFAULT_INLINE_XATTR_ADDRS;}F2FS_I(inode)->i_inline_xattr_size = xattr_size;f2fs_init_extent_tree(inode, NULL);stat_inc_inline_xattr(inode);stat_inc_inline_inode(inode);stat_inc_inline_dir(inode);F2FS_I(inode)->i_flags =f2fs_mask_flags(mode, F2FS_I(dir)->i_flags & F2FS_FL_INHERITED);if (S_ISDIR(inode->i_mode))F2FS_I(inode)->i_flags |= FS_INDEX_FL;if (F2FS_I(inode)->i_flags & FS_PROJINHERIT_FL)set_inode_flag(inode, FI_PROJ_INHERIT);trace_f2fs_new_inode(inode, 0);//设置inode属性，最后返回return inode;fail:trace_f2fs_new_inode(inode, err);make_bad_inode(inode);if (nid_free)set_inode_flag(inode, FI_FREE_NID);iput(inode);return ERR_PTR(err);
fail_drop:trace_f2fs_new_inode(inode, err);dquot_drop(inode);inode->i_flags |= S_NOQUOTA;if (nid_free)set_inode_flag(inode, FI_FREE_NID);clear_nlink(inode);unlock_new_inode(inode);iput(inode);return ERR_PTR(err);
}

f2fs_new_inode的作用，

一是在f2fs inode cache新申请一个inode结构，

二是在f2fs node manager free node id中新申请一个nid,

初始化inode结构的各个成员，包括将inode->i_ino指向nid。f2fs_new_indoe后返回f2fs_mkdir函数：

	inode->i_op = &f2fs_dir_inode_operations;inode->i_fop = &f2fs_dir_operations;inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_dblock_aops;inode_nohighmem(inode);set_inode_flag(inode, FI_INC_LINK);f2fs_lock_op(sbi);err = f2fs_add_link(dentry, inode);if (err)goto out_fail;f2fs_unlock_op(sbi);alloc_nid_done(sbi, inode->i_ino);d_instantiate_new(dentry, inode);if (IS_DIRSYNC(dir))f2fs_sync_fs(sbi->sb, 1);f2fs_balance_fs(sbi, true);return 0;

最后这一段代码主要就是设置inode属性，如操作inode的函数，操作mapping函数等，最后会执行f2fs_balance_fs。

有一个疑惑的地方，就是inode信息是如何保存到f2fs物理磁盘中的呢？上述的f2fs_mkdir过程，只是在f2fs inode cache中新申请了一个f2fs inode 结构并初始化，此inode还是保存在f2fs inode cache中，其数据怎样最终存储到f2fs main area中？

在inode.c中有一个函数，f2fs_write_inode(struct inode* inode, struct writeback_control *wbc), 看这个函数有点像将inode写入到磁盘的函数，看看这个函数的调用过程:

wb_workfn() -> wb_do_writeback() -> wb_writeback() -> writeback_sb_inodes() -> __writeback_single_inode() -> write_inode() -> f2fs_write_inode()

可以看到，此调用过程就是将f2fs super block中所有的inode写回的一个过程，这里主要看f2fs_write_inode()具体怎样写回。

int f2fs_write_inode(struct inode *inode, struct writeback_control *wbc)
{struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);if (inode->i_ino == F2FS_NODE_INO(sbi) ||inode->i_ino == F2FS_META_INO(sbi))return 0;if (!is_inode_flag_set(inode, FI_DIRTY_INODE))return 0;/** We need to balance fs here to prevent from producing dirty node pages* during the urgent cleaning time when runing out of free sections.*/update_inode_page(inode);if (wbc && wbc->nr_to_write)f2fs_balance_fs(sbi, true);return 0;
}

f2fs_write_inode()函数写回的功能主要由update_inode_page()函数实现：

void update_inode_page(struct inode *inode)
{struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(inode);struct page *node_page;
retry:node_page = get_node_page(sbi, inode->i_ino);if (IS_ERR(node_page)) {int err = PTR_ERR(node_page);if (err == -ENOMEM) {cond_resched();goto retry;} else if (err != -ENOENT) {f2fs_stop_checkpoint(sbi, false);}return;}update_inode(inode, node_page);f2fs_put_page(node_page, 1);
}

update_inode_page()的参数是要写回的inode, 即之前new inode时在f2fs inode cache中新申请的inode，通过get_node_page()函数，得到与此inode相对应的node page, 通过update_inode，将inode信息更新到node page中，最后将node page中的信息写回，通过get_node_page()函数获得与此inode相关的node page:

static struct page *__get_node_page(struct f2fs_sb_info *sbi, pgoff_t nid,struct page *parent, int start)
{struct page *page;int err;if (!nid)return ERR_PTR(-ENOENT);f2fs_bug_on(sbi, check_nid_range(sbi, nid));
repeat://从node-inode mapping的cache中查找此inode对应的cache，如果不存在，则新申请//并将新申请的inode cache加入node-inode mappint中page = f2fs_grab_cache_page(NODE_MAPPING(sbi), nid, false);if (!page)return ERR_PTR(-ENOMEM);//err = read_node_page(page, 0);if (err < 0) {f2fs_put_page(page, 1);return ERR_PTR(err);} else if (err == LOCKED_PAGE) {err = 0;goto page_hit;}if (parent)ra_node_pages(parent, start + 1, MAX_RA_NODE);lock_page(page);if (unlikely(page->mapping != NODE_MAPPING(sbi))) {f2fs_put_page(page, 1);goto repeat;}if (unlikely(!PageUptodate(page))) {err = -EIO;goto out_err;}if (!f2fs_inode_chksum_verify(sbi, page)) {err = -EBADMSG;goto out_err;}
page_hit:if(unlikely(nid != nid_of_node(page))) {f2fs_msg(sbi->sb, KERN_WARNING, "inconsistent node block, ""nid:%lu, node_footer[nid:%u,ino:%u,ofs:%u,cpver:%llu,blkaddr:%u]",nid, nid_of_node(page), ino_of_node(page),ofs_of_node(page), cpver_of_node(page),next_blkaddr_of_node(page));err = -EINVAL;
out_err:ClearPageUptodate(page);f2fs_put_page(page, 1);return ERR_PTR(err);}return page;
}

f2fs_grab_cache_page(node-inode mapping, nid) -> grab_cache_page(mapping, nid) -> find_or_create_page(mapping, nid) -> pagecache_getpage() 经过这一系列的调用路径后，先在node-inode cache中查找，是否存在与此inode对应的page, 如果存在则返回，否则，创建一个新的page, 并将其加入到node-inode mappint中。得到page后，继续调用read_node_page(page,0)更新此node page对应的数据，即从物理磁盘上读取对应的数据。

/** Caller should do after getting the following values.* 0: f2fs_put_page(page, 0)* LOCKED_PAGE or error: f2fs_put_page(page, 1)*/
static int read_node_page(struct page *page, int op_flags)
{struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_P_SB(page);struct node_info ni;struct f2fs_io_info fio = {.sbi = sbi,.type = NODE,.op = REQ_OP_READ,.op_flags = op_flags,.page = page,.encrypted_page = NULL,};if (PageUptodate(page))return LOCKED_PAGE;get_node_info(sbi, page->index, &ni);if (unlikely(ni.blk_addr == NULL_ADDR)) {ClearPageUptodate(page);return -ENOENT;}fio.new_blkaddr = fio.old_blkaddr = ni.blk_addr;return f2fs_submit_page_bio(&fio);
}

read_node_page()首先准备f2fs_io_info，设置f2fs_io_info的superblock, type为NODE, op为REQ_OP_READ读操作，page为得到的node-inode page，然后调用get_node_info(sbi, page->index, &ni)，先得到inode对应的node info结构，此node info存在于nat area：

struct node_info {
    nid_t nid;        /* node id */
    nid_t ino;        /* inode number of the node's owner */
    block_t    blk_addr;    /* block address of the node */
    unsigned char version;    /* version of the node */
    unsigned char flag;    /* for node information bits */
};

可以看到，node info结构体将node与blk_addr对应起来，这样就得到了inode对应的在main area存储的地址，最后read_node_page()函数通过f2fs_submit_page_bio(&fio)从main area中读到inode对应的数据信息。

能过下面的图，可以看到inode, nat, main node page的对应关系：