ZFS磁盘格式（2）

第二章 块指针和间接块

数据在磁盘和主存之间以块为单位进行传送。块指针blkptr_t是一个128字节大小的ZFS结构，用于对磁盘上数据块进行定位，验证和描述。

128字节的Blkptr_t结构如下图：

图8 块指针结构

2.1 DVA——数据虚地址

块指针中的Vdev和offset字段部分构成了数据虚地址，例如vdev1和offset1组成DVA1。ZFS的块指针提供了指向三份数据的重复拷贝的能力，每一份拷贝由单独一个DVA指向。每个块指针中使用几个DVA是文件系统的实际策略，称为块指针的宽度：单宽块指针，双宽块指针，三宽块指针。

每个DVA的vdev部分是32位整数，唯一描述该数据块所在的vdevid；offset部分是63位整数，包含数据在所在设备上的偏移（从boot 块之后开始计算）。二者合在一起，唯一表示了数据的物理位置。

Offset的值以扇区为单位（512字节）。物理块以字节为单位的偏移需要进行左移位（移9位）并加上0x400000（L0+L1+boot）。

physical block address = (offset << 9) + 0x400000 (4MB)

2.2 GRID

Raid-Z布局信息，留作将来使用。

2.3 GANG

包含块指针的块叫做GANG块，在请求的空间无法在连续块中申请时，此时需要申请一些不连续的更小的块，此时需要创建一个gang块对这些块进行维护，将指向gang块的指针返回给请求者，请求者看到的是一个单独的(gang)块。

Gang块由“G”位标志。

表4 gang块标志

“G”位	描述
0	非gang块
1	Gang块

Gang块为512字节，有自己的效验和。Gang块包含最多3个块指针加上32字节的效验和。Gang块的格式描述如下。

typedef struct zio_gbh {

blkptr_t zg_blkptr[SPA_GBH_NBLKPTRS];

uint64_t zg_filler[SPA_GBH_FILLER];

zio_block_tail_t zg_tail.;

} zio_gbh_phys_t;

zg_blkptr: 块指针数组，最多可以有三个块指针

zg_filler: 填充

 

typedef struct zio_block_tail {

uint64_t zbt_magic;

zio_cksum_t zbt_cksum;

}

zbt_magic: ZIO块尾魔数，0x210da7ab10c7a11 (zio-data-bloc-tail).

 

typedef zio_cksum {

uint64_t zc_word[4];

}zio_cksum_t;

zc_word: 四个8字节整数包含gang块的效验和

2.4 效验和

ZFS缺省对所有数据和元数据进行效验。ZFS支持多种效验和算法，包括fletcher2，fltecher4以及SHA-256。用于该块的效验和算法由块指针的8位整数cksum标识。下标对这些取值给出说明。

表5 cksum取值和对应算法

描述	值	算法
on	1	fletcher2
off	2	none
label	3	SHA-256
gang	4	SHA-256
zilog	5	fletcher2
fletcher2	6	fletcher2
fletcher4	7	fletcher4
SHA-256	8	SHA-256

使用cksum规定的算法，每一块计算出256位效验和，放入checksum[0], checksum[1], hecksum[2], 和checksum[3]中；如果cksum是2，则不进行效验和计算，此时checksum[0], checksum[1], hecksum[2], 和checksum[3]为0。

注意，计算的效验和都是针对数据进行的，gang块和zilog块都是自带效验和的。

2.5 压缩

ZFS支持多种压缩算法，块使用的压缩算法在块指针的comp中指示，如下表

表6 压缩算法

描述	值	算法
on	1	lzjb
off	2	none
lzjb	3	lzjb

2.6 块尺寸

在块指针中，有三个不同域描述块尺寸：psize，lsize，asize。

Lsize：逻辑尺寸，未压缩的数据大小，不包括gang，raidz开销。

Psize：压缩后的数据的物理尺寸

asize：申请尺寸，保存该数据申请的所有块的总尺寸，包括gang和raidz信息。

如果压缩被关闭，并且ZFS不使用raidZ存储，则lsize，asize，psize三者相同。

所有尺寸的取值按512字节的扇区为单位。

2.7 字节序

ZFS的字节序可以设置（第一章对此有限制除外），允许将pool在不同架构的机器间移动。块指针的“E”指示写块时的字节序。块总是按照机器的字节序写入。

表7 字节序

字节序	值
小尾	1
大尾	0

如果pool被移动到另外不同字节序的机器下，块内容在读的时候需要做字节转换。

2.8 类型

块指针的type指示块中存储的数据类型。下表列出各种类型。

表8 对象类型

类型	值
DMU_OT_NONE	0
DMU_OT_OBJECT_DIRECTORY	1
DMU_OT_OBJECT_ARRAY	2
DMU_OT_PACKED_NVLIST	3
DMU_OT_NVLIST_SIZE	4
DMU_OT_BPLIST	5
DMU_OT_BPLIST_HDR	6
DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER	7
DMU_OT_SPACE_MAP	8
DMU_OT_INTENT_LOG	9
DMU_OT_DNODE	10
DMU_OT_OBJSET	11
DMU_OT_DSL_DATASET	12
DMU_OT_DSL_DATASET_CHILD_MAP	13
DMU_OT_OBJSET_SNAP_MAP	14
DMU_OT_DSL_PROPS	15
DMU_OT_DSL_OBJSET	16
DMU_OT_ZNODE	17
DMU_OT_ACL	18
DMU_OT_PLAIN_FILE_CONTENTS	19
DMU_OT_DIRECTORY_CONTENTS	20
DMU_OT_MASTER_NODE	21
DMU_OT_DELETE_QUEUE	22
DMU_OT_ZVOL	23
DMU_OT_ZVOL_PROP	24

2.9 层

块指针的level是块指针寻址到数据块需要经历的层数。第三章对层进行了更为完整的定义。

2.10 Fill

该块指针下子树中非零块指针的数量。对于数据块的块指针，fill为1，因为其下面已没有其他块指针了。

Fill在DMU_OT_DNODE类型的块指针中用法稍有不同，该值是指块指针下包含的空闲dnode数量，参见第三章。

2.11 出生事务

申请该块指针是的事务组编号。

2.12 填充

填充字段。