nat entry（簡稱ne）在代碼中涉及多個數據結構，先上圖。

圖1 ne涉及的數據結構關系圖

大的原則

1）紅色部分是disk layout中的（持久化存儲）；藍色部分是內存數據結構。

2）系統中所有的ne，緩存在nat cache中（radix tree管理），用于快速檢索ne。

3）所有clean狀態的ne，通過clean list管理。

4）一個NAT block中的所有ne，歸屬于同一個set；所有的set通過radix tree管理。引入set的目的是為了在將dirty ne刷入disk時，屬于同一個block的呢會被一起寫入block，提高性能和存儲設備壽命。

5）系統內存壓力大時，f2fs_balance_fs會回收clean狀態的ne。

6）dirty ne的block add是NEW_ADDR時，說明是剛分配的，checkpoint時不需要寫回存儲設備，也是出于性能、壽命考慮。

7）journal是能用盡量用的，即使checkpoint后，journal中也會存在一些ne，這些ne還沒有寫回nat block。這也是出于性能考慮，如果不用journal緩存ne，那么ne就需要寫回nat block，這會導致頻繁的寫disk；而用journal則可以將所有的ne一次性寫入checkpoint的cp pack區域。

圖1執行路徑描述

1）掛載f2fs場景。從disk layout的cp pack區域讀入journal，存于struct curseg_info->journal中。

f2fs_fill_super -->?f2fs_build_segment_manager -->?build_curseg -->?restore_curseg_summaries -->?read_compacted_summaries 或 read_normal_summaries

cp pack、compatced/normal summaries概念參考待整理文章。

2）第一次訪問ne，并且disk NAT區域沒有該ne場景。在內存中，這些ne是新創建的，需記錄在nat cache和clean list中。

比如在文件尾部寫新數據；lseek到hole區域，等等。

eg1：在文件尾部寫新數據,分配了新的block

vfs_write --> new_sync_write --> call_write_iter --> f2fs_file_write_iter -> f2fs_buffered_write_iter --> generic_perform_write --> f2fs_write_begin --> prepare_write_begin --> f2fs_get_block --> f2fs_reserve_block --> f2fs_get_dnode_of_data --> f2fs_new_node_page --> set_node_addr??--> __init_nat_entry

eg2：seek到文件的空洞區域

vfs_llseek --> f2fs_llseek --> f2fs_seek_block --> f2fs_get_dnode_of_data --> f2fs_new_node_page --> set_node_addr

3）第一次訪問ne，這個ne存在于disk NAT區域。在內存中，這些ne是新創建的，需記錄在nat cache和clean list中。

比如更新文件數據,，被更新的數據塊已經存在與disk上。

vfs_write --> new_sync_write --> call_write_iter --> f2fs_file_write_iter --> f2fs_preallocate_blocks --> f2fs_map_blocks --> f2fs_get_dnode_of_data --> f2fs_new_node_page --> set_node_addr?--> __init_nat_entry

4）checkpoint時，journal（內存）中的ne在mount讀取后一直沒訪問過，并且journal（內存）中沒有空間容納臟ne了，journal（內存）中的ne將被nat cache和clean list記錄起來

f2fs_write_checkpoint -->?f2fs_flush_nat_entries -->

?if (cpc->reason & CP_UMOUNT ||!__has_cursum_space(journal,nm_i->nat_cnt[DIRTY_NAT], NAT_JOURNAL))remove_nats_in_journal(sbi);

系統中所有的ne都會記錄在nat cache中。除非被路徑10或11回收，否則ne一直作為緩存存在系統中。

5）修改ne的場景，常見于做了set_node_addr操作，修改后的ne被移入dirty list

eg1：序號2中寫文件場景。f2fs lfs模式更新文件數據，需新分配了一個block，所以會修改ne的block address，執行set_node_addr。

eg2：在目錄中創建了一個文件。

f2fs_create --> f2fs_add_link --> f2fs_do_add_link --> f2fs_add_dentry --> f2fs_add_regular_entry --> f2fs_init_inode_metadata --> f2fs_new_inode_page --> f2fs_new_node_page --> set_node_addr --> __set_nat_cache_dirty

6）checkpoint時，journal（內存）中沒有空間容納dirty list中的ne了，不能放入journal中的ne將被寫入page中

f2fs_write_checkpoint -->?f2fs_flush_nat_entries -->?__flush_nat_entry_set -->?

?if ((cpc->reason & CP_UMOUNT) ||!__has_cursum_space(journal, set->entry_cnt, NAT_JOURNAL))to_journal = false;if (to_journal) {down_write(&curseg->journal_rwsem);} else {/* 獲取ne所在的nat block，讀入page */page = get_next_nat_page(sbi, start_nid);if (IS_ERR(page))return PTR_ERR(page);nat_blk = page_address(page);f2fs_bug_on(sbi, !nat_blk);}……/* 更新ne信息到page */raw_ne = &nat_blk->entries[nid - start_nid];raw_nat_from_node_info(raw_ne, &ne->ni);……

7）checkpoint時，journal（內存）中還有空間容納dirty list中的ne，dirty list中的ne移至dirty list

f2fs_write_checkpoint -->?f2fs_flush_nat_entries -->?__flush_nat_entry_set -->?

/* flush dirty nats in nat entry set */list_for_each_entry_safe(ne, cur, &set->entry_list, list) {struct f2fs_nat_entry *raw_ne;nid_t nid = nat_get_nid(ne);int offset;f2fs_bug_on(sbi, nat_get_blkaddr(ne) == NEW_ADDR);if (to_journal) {/* * 如果journal中有ne，則返回ne所在的位置偏移 * 如果journal中沒有ne，則返回journal下一個空閑位置*/offset = f2fs_lookup_journal_in_cursum(journal,NAT_JOURNAL, nid, 1);f2fs_bug_on(sbi, offset < 0);/* 獲取journal中的ne */raw_ne = &nat_in_journal(journal, offset);nid_in_journal(journal, offset) = cpu_to_le32(nid);}else {raw_ne = &nat_blk->entries[nid - start_nid];}/* 更新journal中ne信息 */raw_nat_from_node_info(raw_ne, &ne->ni);nat_reset_flag(ne);__clear_nat_cache_dirty(NM_I(sbi), set, ne);

8）checkpoint時，journal中的ne寫入cp pack區域（即持久化存儲）

f2fs_write_checkpoint --> do_checkpoint --> f2fs_write_data_summaries --> write_compacted_summaries 或?write_normal_summaries

mount f2fs時，路徑1讀取compatcted/normal?summaries到內存中。

9）臟元數據頁寫入nat block（即持久化存儲）

worker_thread --> process_one_work --> wb_workfn --> wb_do_writeback --> wb_check_start_all或wb_check_background_flush --> wb_writeback --> __writeback_inodes_wb --> writeback_sb_inodes --> __writeback_single_inode --> do_writepages --> f2fs_write_meta_pages

kworker線程將臟頁數據寫入storage device。在大多數情況下，kworker線程周期性回寫臟頁數據，但也可能因系統臟頁過多而主動回寫。

10）系統內存壓力大時，回收clean狀態的ne

f2fs_balance_fs -->?f2fs_balance_fs_bg -->?f2fs_try_to_free_nats -->?__del_from_nat_cache -->?__free_nat_entry

只要內存中生成ne，都會緩存在nat cache中（最大數量10萬個，見宏定義DEF_NAT_CACHE_THRESHOLD），系統內存壓力大的時候，需要回收clean狀態的ne，避免f2fs對系統內存的影響。checkpoint或者f2fs_write_node_pages都會觸發f2fs_balance_fs_bg，然后根據系統內存使用情況決定是否回收ne。

void f2fs_balance_fs_bg(struct f2fs_sb_info *sbi, bool from_bg) {if (unlikely(is_sbi_flag_set(sbi, SBI_POR_DOING)))return;/* try to shrink extent cache when there is no enough memory */if (!f2fs_available_free_memory(sbi, EXTENT_CACHE))f2fs_shrink_extent_tree(sbi, EXTENT_CACHE_SHRINK_NUMBER);/* check the # of cached NAT entries */if (!f2fs_available_free_memory(sbi, NAT_ENTRIES))f2fs_try_to_free_nats(sbi, NAT_ENTRY_PER_BLOCK);

11）umount時回收ne

f2fs_put_super -->?f2fs_destroy_node_manager -->?__del_from_nat_cache -->??__free_nat_entry

總結

以上是生活随笔為你收集整理的F2FS nat entry涉及的数据结构（linux 5.18.11）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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