为什么在包含其他文件系统的文件中碎片级别如此之大？

我刚刚发现了稀疏文件，并想对它们进行一些实验。在Wiki上，您可以阅读到文件很容易碎片化。我想检查那有多糟。我以以下方式创建文件：

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

我安装了稀疏文件，并放入了600M文件。碎片级别如下所示：

# 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

我以为是因为“稀疏”功能，但是看起来其中所有具有其他文件系统的文件都以这种方式碎片化了。看下面的例子：

创建一个完全为零的文件：

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

检查其碎片级别：

# 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

因此，基本上，该文件具有17个范围，但是从人类的角度来看，该文件有两个块

现在在此文件中创建一个文件系统：

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

再次检查其碎片：

# 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

有人知道这里实际发生了什么吗？为什么通过在文件上创建文件系统来使文件碎片化？发生了什么事length？

添加：

该mkfs.ext4参数-Enodiscard无效。使用此选项，我可以在filefrag（归零的块）中看到文件的结构。但是，以这种方式创建文件系统后，无论出于何种原因，文件都会变得碎片化。可能是因为写入了文件系统元数据，并且它对清零后的文件有所作为。我不知道。但是，当我观察的输出时filefrag，可以看到总是有+6个扩展盘区（对于2G文件）。也许是因为超级块及其5个副本？但这仍然不能解释为什么整个文件都是碎片化的-它仍然是同一文件。

还有一件事 当我在此文件中重新创建文件系统时：

# 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

增加的范围神奇地消失了。

看起来这是一个错误mke2fs，导致它使用fallocate(fd, PUNCH_HOLE, ...)而不是fallocate(fd, DISCARD_ZERO, ...)将inode表中的空间清零（即使-E nodiscard使用时）。

linux-ext4@vger.kernel.org在本地验证此行为后，我向上游邮件列表提交了一个错误报告，并在一小时内得到了补丁，主题为：

e2fprogs: block zero/discard cleanups

它们应该包含在e2fsprogs-1.45版本中，并且可能包含在1.44.x维护版本中。如果您希望它们在供应商e2fsprogs版本中发布，建议您补丁+构建您的e2fsprogs，以验证它是否对您有用，并向其报告成功，linux-ext4以便补丁将尽快发布，然后将错误报告提交给您选择的发行版，以便他们将上游补丁放入它们的发行版中。

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

现在有一个提示。让我们看看手册中的内容：

-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.

因此，基本上，mkfs知道基础存储上的旧数据不再重要，因此可以将其丢弃，并且与仅仅用零覆盖相比，基础存储可能有更好的方法。它具有的文件系统在这里可以忘记数据块。

之后，mkfs以某种随机的访问模式构建所需的任何文件系统结构，从而导致分配了新的数据块。该文件再次稀疏，并且有一些碎片。

随着-Enodiscard其结果也许就是你所期待的：

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