关于XFS文件系统概述

article/2025/8/21 16:33:32

前言:

目前XFS已成为Linux主流的文件系统，所以有必要了解下其数据结构和原理。

XFS文件系统

XFS是一个日志型的文件系统，能在断电以及操作系统崩溃的情况下保证数据的一致性。XFS最早是针对IRIX操作系统开发的，后来移植到linux上，目前CentOS 7已将XFS作为默认的文件系统。使用XFS已成为了潮流，所以很有必要了解下其数据结构和原理。

XFS官方说明文档参考：https://xfs.org/docs/xfsdocs-xml-dev/XFS_Filesystem_Structure//tmp/en-US/html/index.html

接下来将介绍XFS的一些概念，包括分配组、超级块、inode等等，过程中会结合xfs_db（xfs提供的输出文件系统信息的工具）打印一些信息，了解当前XFS的实时数据。

分配组（Allocation Group）

XFS将空间分为若干个分配组，每个分配组大小相等（最后一个可能不等）。分配组包含有超级块、inode管理和剩余空间管理等，所以分配组可以认为是一个单独的文件系统。正是分配组这样的设计，使得XFS拥有了并行IO的能力。在单个分区上使用XFS体现不了这种并行IO能力，但是如果文件系统跨越多个物理硬件比如ceph，并行IO将大大提高吞吐量利用率。
在这里插入图片描述

上图为分配组的结构图，重点关注前面4个扇区，从上到下分别为超级块、空闲块信息、inode信息和内部空闲列表。

超级块（superblock）

超级块位于分配组的第一个扇区，包含了分配组和文件系统的全部元数据信息，由于结构体比较大，这里就不作列举，可去官方文档中查看https://xfs.org/docs/xfsdocs-xml-dev/XFS_Filesystem_Structure//tmp/en-US/html/Allocation_Groups.html

xfs_db查看超级块内容，执行xfs_db -r /dev/xxx(xxx为XFS所在的分区)，输入sb再输入p即可，如下图所示（鉴于篇幅未尽列出输出）：
在这里插入图片描述

超级块有几个核心的元数据为：

blocksize：块大小，一般为4KB；
dblocks：一个分配组含有的块数目；
agcount：整个文件系统含有的分配组数目；
sectsize：扇区大小，一般为512B；
inodesize：inode节点大小，一般为512B；
icount：整个文件系统目前已经分配的inode数目；
ifree：整个文件系统空闲的inode数目，由于XFS不是格式化的时候预分配所有的inode，而是根据使用情况动态构造inode，所以该值为动态值。

空闲块信息（AG free block info）

位于分配组的第二个扇区，主要描述两个空闲空间B+树和剩余空间信息，结构体如下：

typedef struct xfs_agf {__be32              agf_magicnum;__be32              agf_versionnum;__be32              agf_seqno;__be32              agf_length;__be32              agf_roots[XFS_BTNUM_AGF];__be32              agf_spare0