Mengapa tingkat fragmentasi begitu besar dalam file yang berisi sistem file lain?

Saya baru saja mengetahui file apa yang jarang dan ingin melakukan beberapa eksperimen pada mereka. Di wiki Anda dapat membaca bahwa file-file tersebut dapat terfragmentasi dengan mudah. Saya ingin memeriksa seberapa buruk itu. Saya membuat file dengan cara berikut:

# truncate -s 10G sparse-file
# mkfs.ext4 -m 0 -L sparse ./sparse-file

Saya memasang file jarang, dan saya meletakkan file 600M di dalamnya. Level fragmentasi terlihat seperti ini:

# filefrag -v "/media/Grafi/sparse-file"
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/sparse-file is 10737418240 (2621440 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..    1032:      36864..     37896:   1033:
   1:     1043..    1043:      37907..     37907:      1:
   2:     1059..    1059:      37923..     37923:      1:
   3:     9251..    9256:      46115..     46120:      6:
   4:    32768..   32770:      51200..     51202:      3:      69632:
   5:    34816..   55295:      77824..     98303:  20480:      53248:
   6:    55296..   57343:     114688..    116735:   2048:      98304:
   7:    57344..   69631:     120832..    133119:  12288:     116736:
   8:    69632..   81919:     102400..    114687:  12288:     133120:
   9:    81920..   98303:     135168..    151551:  16384:     114688:
  10:    98304..   98306:      57344..     57346:      3:     151552:
  11:   100352..  112639:     151552..    163839:  12288:      59392:
  12:   112640..  145407:     165888..    198655:  32768:     163840:
  13:   145408..  163839:     198656..    217087:  18432:
  14:   163840..  163842:      40960..     40962:      3:     217088:
  15:   165888..  178175:     217088..    229375:  12288:      43008:
  16:   178176..  202751:     231424..    255999:  24576:     229376:
  17:   202752..  206847:     258048..    262143:   4096:     256000:
  18:   206848..  216756:     276480..    286388:   9909:     262144:
  19:   229376..  229378:      43008..     43010:      3:     299008:
  20:   294912..  294914:      53248..     53250:      3:     108544:
  21:   524288..  524288:      55296..     55296:      1:     282624:
  22:   819200..  819202:      61440..     61442:      3:     350208:
  23:   884736..  884738:      63488..     63490:      3:     126976:
  24:  1048576.. 1048577:      67584..     67585:      2:     227328:
  25:  1081344.. 1081391:      69632..     69679:     48:     100352:
  26:  1572864.. 1572864:      71680..     71680:      1:     561152:
  27:  1605632.. 1605634:      73728..     73730:      3:     104448:
  28:  2097152.. 2097152:      75776..     75776:      1:     565248:
  29:  2097167.. 2097167:      75791..     75791:      1:             last
/media/Grafi/sparse-file: 25 extents found

Saya pikir itu karena fitur "jarang", tetapi sepertinya semua file yang memiliki sistem file lain di dalamnya terfragmentasi dengan cara ini. Lihatlah contoh berikut:

Buat file yang penuh dengan nol:

# dd if=/dev/zero of=./zero bs=1M count=2048 

Periksa tingkat fragmentasi:

# filefrag -v /media/Grafi/zero
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..   32767:    6172672..   6205439:  32768:
   1:    32768..   65535:    6205440..   6238207:  32768:
   2:    65536..   98303:    6238208..   6270975:  32768:
   3:    98304..  118783:    6270976..   6291455:  20480:
   4:   118784..  151551:    6324224..   6356991:  32768:    6291456:
   5:   151552..  184319:    6356992..   6389759:  32768:
   6:   184320..  217087:    6389760..   6422527:  32768:
   7:   217088..  249855:    6422528..   6455295:  32768:
   8:   249856..  282623:    6455296..   6488063:  32768:
   9:   282624..  315391:    6488064..   6520831:  32768:
  10:   315392..  348159:    6520832..   6553599:  32768:
  11:   348160..  380927:    6553600..   6586367:  32768:
  12:   380928..  413695:    6586368..   6619135:  32768:
  13:   413696..  446463:    6619136..   6651903:  32768:
  14:   446464..  479231:    6651904..   6684671:  32768:
  15:   479232..  511999:    6684672..   6717439:  32768:
  16:   512000..  524287:    6717440..   6729727:  12288:             last,eof
/media/Grafi/zero: 2 extents found

Jadi pada dasarnya, file ini memiliki 17 ekstensi, tetapi dari sudut pandang manusia, file tersebut memiliki dua potongan

Sekarang buat sistem file di file ini:

# mkfs.ext4 -m 0 -L ext /media/Grafi/zero

Periksa fragmentasi lagi:

# filefrag -v /media/Grafi/zero

Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..     257:    5505024..   5505281:    258:
   1:      265..     265:    5505289..   5505289:      1:
   2:      272..     273:    5505296..   5505297:      2:
   3:      289..     289:    5505313..   5505313:      1:
   4:     8481..    8486:    5507361..   5507366:      6:    5513505:
   5:    32768..   32769:    5509120..   5509121:      2:    5531648:
   6:    98304..   98305:    5511168..   5511169:      2:    5574656:
   7:   163840..  163841:    5513216..   5513217:      2:    5576704:
   8:   229376..  229377:    5515264..   5515265:      2:    5578752:
   9:   262144..  262144:    5517312..   5517312:      1:    5548032:
  10:   294912..  294913:    5519360..   5519361:      2:    5550080: last
/media/Grafi/zero: 8 extents found

Adakah yang tahu apa yang sebenarnya terjadi di sini? Mengapa file terfragmentasi dengan membuat sistem file di dalamnya? Apa yang terjadi dengan length?

Ditambahkan:

The mkfs.ext4parameter -Enodiscardtidak bekerja. Dengan opsi ini saya dapat melihat struktur file dalam filefrag(blok yang di -zeroed). Tetapi setelah membuat sistem file dengan cara ini, file menjadi terfragmentasi karena alasan apa pun. Mungkin karena metadata sistem file yang ditulis, dan ia melakukan sesuatu pada file yang memusatkan perhatian. Saya tidak tahu Tetapi ketika saya menonton output dari filefrag, saya bisa melihat bahwa selalu ada +6 luasan (dalam kasus file 2G). Mungkin karena superblok dan 5 salinannya? Tapi ini masih belum menjelaskan mengapa seluruh file terfragmentasi - itu masih file yang sama.

Ada satu hal lagi. Ketika saya membuat ulang sistem file di file ini:

# mkfs.ext4 -Enodiscard /media/Grafi/zero
mke2fs 1.43 (17-May-2016)
/media/Grafi/zero contains a ext4 file system
        created on Thu Jun  2 13:02:28 2016
Proceed anyway? (y,n) y
Creating filesystem with 524288 4k blocks and 131072 inodes
Filesystem UUID: 6d58dddc-439b-4175-9af6-8628f0d2a278
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

Ekstensi yang ditambahkan secara ajaib menghilang.

Sepertinya ini adalah bug mke2fsyang menyebabkannya digunakan fallocate(fd, PUNCH_HOLE, ...)alih-alih fallocate(fd, DISCARD_ZERO, ...)ketika memusatkan ruang pada tabel inode (bahkan ketika -E nodiscarddigunakan).

Saya mengirimkan laporan bug ke linux-ext4@vger.kernel.orgmilis hulu setelah memverifikasi perilaku ini secara lokal, dan mendapat tambalan dalam waktu satu jam, dengan subjek:

e2fprogs: block zero/discard cleanups

Mereka harus dimasukkan ke dalam rilis e2fsprogs-1.45, dan kemungkinan rilis pemeliharaan 1,44.x. Jika Anda ingin mereka dalam e2fsprogsrilis vendor , saya akan merekomendasikan untuk patch + membangun e2fsprogs Anda untuk memverifikasi ini bekerja untuk Anda, melaporkan keberhasilan linux-ext4sehingga patch akan mendarat lebih cepat, kemudian kirimkan laporan bug ke distro pilihan Anda sehingga mereka tarik tambalan hulu ke dalam rilis mereka.

$ /sbin/mkfs.ext4 test1
mke2fs 1.42.12 (29-Aug-2014)
Discarding device blocks: done
[...]

Sekarang ada sebuah petunjuk. Mari kita lihat apa yang dikatakan manual:

-E extended-options
discard
  Attempt  to  discard blocks at mkfs time (discarding blocks initially is useful
  on solid state devices and sparse / thin-provisioned storage). When the  device
  advertises that discard also zeroes data (any subsequent read after the discard
  and before write returns zero), then mark all not-yet-zeroed  inode  tables  as
  zeroed.  This significantly speeds up filesystem initialization. This is set as
  default.

Jadi, pada dasarnya, mkf tahu bahwa data lama pada penyimpanan yang mendasarinya tidak penting lagi, sehingga dapat dibuang, dan penyimpanan yang mendasarinya mungkin memiliki cara yang lebih baik untuk melakukannya, daripada hanya dengan menimpa dengan angka nol. Yang dimilikinya, sistem file di sini hanya bisa melupakan blok data.

Setelah itu, mkfs membangun struktur sistem file apa pun yang dibutuhkannya, dalam pola akses yang agak acak, sehingga blok data baru dialokasikan. File jarang lagi, dan ada beberapa fragmentasi.

Dengan -Enodiscardhasilnya mungkin itulah yang Anda harapkan:

$ /sbin/mkfs.ext4 -Enodiscard test2
$ /usr/sbin/filefrag test2
test2: 2 extents found