文件系统的两种文件索引模式extent和blockmap

前言：extent和blockmap是张宇的描述方法，可能与其他资料上的不完全一致，按意思对应即可

任何一种成熟、可靠的文件系统，其索引机制都是相当核心的技术实现。当然，此处并不包括像CDFS,tar之类(不能支持写操作的)的打包型文件系统。仅仅因为需要支持写操作，文件系统的设计上就需要顾虑太多，对于任何一个文件，可能会随时增加或减少内容，而伴随着容量的改变，磁盘空间的分布、文件占用块的分布需要随之动态改变，这就需要索引机制来表述这种改变。

extent和blockmap是两类典型的索引实现方案，事实上，文件系统也似乎仅能按这2种方案(或共同)来实现索引。extent是基于片断的索引方案，blockmap是基于分配块的位图索引。

先说blockmap，这是用在ufs、sco htfs、ext2/3、reiserfs上的索引模式，意思是每个文件的分配块都有一个索引与之对应，是一对一的索引关系。举例来说：EXT3上有个a.dat，文件大小是4M，文件系统的块大小是4K，那这意味着a.dat会占用文件系统的1024个块。对这1024个块，系统会提供1024个4字节(即4096个字节)的索引表，来描述这1024个块到底位置在哪里(就像一个包含1024个对象的指针数组）。这样，文件系统驱动层下了指令，要读或写某个块，可以不用查询直接定位这个特定块。

显而易见，Blockmap的索引机制，需要较大索引空间做保障，随机读写时如跨度太大，缓冲机制无法一次性读入全部索引信息，效率便会下降得多。同时磁盘空间浪费很大(如同EXT3，在节点设计、文件索引等方面全部是定长的MAP机制实现，所以,ext3的磁盘空间浪费严重)。另外，如果是大文件，因块索引极大，就需要对索引块引入几级索引机制(似乎不太好理解)，定位某些块时，也需要几层转换。

再谈extent方式，用于ntfs、Vxfs、jfs、ext4等文件系统。其实现方式和blockmap不同的是，索引是按分配的片断记录，只记起始块、连续块数、及文件内部块位置(NTFS叫VCN的东东）。比如上述例子，如果一个EXT4上的4M文件，块大小同样为4K，如果这个文件分配时是连续分配的，只需记录3个数字:（文件内部块号：0，文件系统分配起始块：x,连续块数:1024)，不再需要1024个索引空间来描述。当然，如果这个文件有多个碎片组成，则需要多条记录来实现。

extent其优点是索引空间占有率较少，连续读写时会有优势，但缺点是算法复杂度略高。比如一个文件由100个片断(碎片)组成，需要定位到文件内部10M的偏移，则需要二叉查找属于哪个片断，再根据片断的起始地址计算到具体的分配块地址，才可以把数据读出来。如果像NTFS一样，片断本身都由变长方式实现，则内核判断上就更麻烦，文件系统崩溃的可能性也就很大了。

以个人来看，纯粹的blockmap方式，在现在文件都很大的应用环境下，稍显不太适应，慢慢的应用会越来越少。而类似ntfs的变长extent记录方式，则感觉有点得不偿失，这似乎和微软不考虑性能，不考虑健壮性，只考虑功能实现的理念相吻合。

本文转自张宇 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/zhangyu/637537，如需转载请自行联系原作者

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