ZFS磁盘格式（3）

第三章 数据管理单元

数据管理单元（DMU）将块组织成逻辑单元——对象（object）。对象进一步可以被DMU组合为对象集（set）。本章详细描述对象和对象集。

3.1 对象

除第一章和第二章里描述基本结构外，ZFS中的一切都是对象。下表列出了ZFS对象类型，其中一些对象在后续章节详细描述。

 

表9 DMU对象类型

类型	描述
DMU_OT_NONE	未分配对象
DMU_OT_OBJECT_DIRECTORY	DSL对象目录 ZAP对象
DMU_OT_OBJECT_ARRAY	用于存储对象编号的数组
DMU_OT_PACKED_NVLIST	打包的nvlist对象
DMU_OT_SPACE_MAP	SPA磁盘块使用链表
DMU_OT_INTENT_LOG	专用日志
DMU_OT_DNODE	Dnode（metadnode）对象
DMU_OT_OBJSET	对象集
DMU_OT_DSL_DATASET_CHILD_MAP	包含DSL目录信息的DSL ZAP对象
DMU_OT_DSL_OBJSET_SNAP_MAP	包含数据集的快照信息的DSL ZAP对象
DMU_OT_DSL_PROPS	包含DSL目录对象的属性的DSL ZAP属性对象
DMU_OT_BPLIST	块指针链表——用于存储“死链表”，这是一个上次快照后被删除的块的块指针的链表。也可以存储“延迟释放链表”用于同步时的汇聚功能
DMU_OT_BPLIST_HDR	BPLIST头，存储bplist_phys_t结构
DMU_OT_ACL	ACL（访问控制链表）对象
DMU_OT_PLAIN_FILE	ZPL简单文件
DMU_OT_DIRECTORY_CONTENTS	ZPL目录 ZAP对象
DMU_OT_MASTER_NODE	ZPL主节点ZAP对象：头对象用于标识根目录，删除队列以及文件系统版本
DMU_OT_DELETE_QUEUE	在文件系统被强制卸载或者断电等原因导致的系统错误时，删除队列提供一个正在进行的删除的链表。在下次文件系统加载时，将删除队列中的文件/目录删除。这个机制用于防止文件系统中泄露文件和目录。
DMU_OT_ZVOL	ZFS卷（ZVOL）
DMU_OT_ZVOL_PROP	ZVOL属性

对象由[c1] 中的512字节的结构定义。一个dnode管理对象的块集合。Dnode（dnode_phys_t结构）如下图所示，包含一些固定长度的域和两个变长域，每个域在下面进行详细描述。

图9 dnode_phys_t结构

Dn_type

8位数字，表示对象类型。有效的对象类型和对应的8位取值见表8。

Dn_indblkshift和dn_datablkszsec

ZFS支持从512字节到128K字节各种长度的数据块和间接块（参见下面dn_nlevels对间接块的描述）。

Dn_indblkshift：8位数字，表示对象的间接块的尺寸（以2为基数的幂，单位字节）

dn_datablkszsec：16位数字，表示以字节为单位的数据块尺寸/512。取值为1（对应512字节）到256（对应128k字节）。

 

dn_nblkptr和dn_blkptr

dn_blkptr是一个变长域，包含一到三个块指针。包含指针的个数在对象分配时确定，在dnode生命周期内不会发生变化。

dn_nblkptr：8位数字，dnode中包含的块指针数。

Dn_blkptr：指针数组，包含了dn_nblkptr个块指针。

dn_nlevels

dn_nlevels是一个8位数字，包含了构成对象的层数，即间接块的层数。

Indirection

Dnode有少数块指针指向对象数据域。对于使用最大数据块尺寸（128KB）的dnode，包含三个块指针，不使用间接块可以表示的最大对象的尺寸为3*128KB=384KB。如果要表示更大的对象，需要使用间接块。间接块是包含块指针的块。间接块包含的块指针的数目取决于间接块的大小（dn_indblkshift），可以由间接块大小和blkprt的大小（128字节）相除得到。如果对象尺寸增大到当前间接块级别的最大容量时，则新一级的间接块被创建。ZFS支持最大6级的间接块，最大可以支持大小2的64次方字节的文件。

下图显示了一个有三级间接块的对象（层0，层1，层2）。该对象有三宽块指针（dva1，dva2，dva3）指向元数据，单宽块指针指向数据。层0的块是数据块。

 

dn_maxblkid

对象块由块id标识。每一个间接层中的块从0到N编号，层的第一个块的id为0，第二个块的id为1，以此类推。

Dnode中的dn_maxblkid域设为对象的最大块id（层0中）。

块Id的说明：给定一个块id和层，ZFS能准确确定包含块的间接块的分支。这个计算使用块id，块层数，间接块中的块指针数来进行。例如，一个对象有128K尺寸的间接块，这个这样的间接块可以包含1024个块指针。给定层0块id 10360，可以确定层1的块15包含到这个块的块指针。

Level1 blkid=16360%1024=15

计算可以在间接块组成的树进行递归，直到达到顶层间接块。

dn_secphys

对象所有的块指针（数据和间接块）的asize值之和

dn_bonus, dn_bonuslen, and dn_bonustype

bonus缓存定义为dnode块指针数组后的空间。空间的大小取决于对象类型，可以为64到320字节。

dn_bonus：数据块，长度由dn_bonuslen定义，数据格式由dn_bonustype定义。

Dn_bonuslen：bonus缓存长度，单位为字节。

Dn_bonustype：8位数字，定义包含在bonus缓存中的数据类型。下表列出有效bonus缓存类型，以及存储在bonus缓存中的结构。每个这些结构的内容将在后面讨论。

Bonus类型	描述	元数据结构	值
DMU_OT_PACKED_NVLIST_SIZE	DMU_OT_PACKED_NVLIST对象的尺寸	uint64_t	4
DMU_OT_SPACE_MAP_HEADER	Spa空间图的头	space_map_obj_t	7
DMU_OT_DSL_DIR	DSL目录对象，用于定义相关数据集之间的关系和属性	dsl_dir_phys_t	12
DMU_OT_DSL_DATASET	DSL数据集对象，用于组织快照和DMU_OT_OBJSET对象的静态使用信息	dsl_dataset_phys_t	16
DMU_OT_ZNODE	ZPL元数据	znode_phys_t	17

3.2 对象集

DMU把一组对象组织为对象集。ZFS使用对象集来组织相关的一些对象，例如文件系统，快照，clone，或者卷。

对象集由1K字节大小的objset_phys_t结构，该结构的每个成员详细定义如下。

图11 objset_phys_t结构

Os_type

DMU支持多种类型的对象集，每个对象集类型对其中的对象的format/layout有自己的定义。对象集的类型使用64位整数表示,os_type。下表列出DMU对象集类型以及相关的os_type整数值。

对象集类型	描述	值
DMU_OST_NONE	未初始化的对象集	0
DMU_OST_META	DSL对象集，参见第四章	1
DMU_OST_ZFS	ZPL对象集，参见第六章	2
DMU_OST_ZVOL	ZVOL对象集，参见第八章	3

os_zil_header

ZIL头在第七章详细描述。

Medadnode

如本章前面所述，每个对象由dnode_phys_t描述。对象集有一个单独的dnode_phys_t结构描述对象集中的对象，medadnode就指向这个结构。对象集中的所有对象的dnode_phys_t以数组方式放在metadnode中（一个对象对应数组中一个元素）。

对象集中的每个对象有一个唯一的64位整数标识，称之为对象编号。一个对象的编号标识了在metadnode中的dnode_phys_t数组中该对象的元素下标。

下图展示了一个对象集的metadnode。Metadnode包含了三个块指针，图中将每个指针都展开来显示出其中的内容。对象编号4进一步展开，显示出dnode_phys_t结构的细节和该结构所引用的块结构。

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 [c1]Dnode类似于UFS中的inode