文件系统

fsck与日志文件系统

日志文件系统(Journal File System)解决了掉电或系统崩溃造成元数据不一致的问题，细节参见《日志文件系统是怎样工作的》，它的原理是在进行写操作之前，把即将进行的各个步骤（称为transaction）事先记录下来，包括：从data block bitmap中分配一个数据块、在inode中添加指向数据块的指针、把用户数据写入数据块等，这些transaction保存在文件系统单独开辟的一块空间上，称为日志(journal)，日志保存成功之后才进行真正的写操作–把文件系统的元数据和用户数据写进硬盘（称为checkpoint），万一写操作的过程中掉电，下次挂载文件系统之前把保存好的日志重新执行一遍就行了（术语叫做replay），保证文件系统的一致性。

Journal replay所需的时间很短，可以通过fsck或者mount命令完成。既然mount命令就可以做journal replay，那还要fsck干什么呢？fsck(file system check)所做的事情可不仅仅是journal replay这么简单，它可以对文件系统进行彻底的检查，扫描所有的inode、目录、superblock、allocation bitmap等等，称为full check。fsck进行full check所需的时间很长，而且文件系统越大，所需的时间也越长。

可能导致文件系统损坏的因素很多，不只是掉电或系统崩溃，比如软件bug和硬件错误都有可能损坏文件系统，而这类问题不是journal replay能解决的，必须用fsck才行。

fsck可以手工执行，也可以在boot时自动执行。无论手工执行还是自动执行，文件系统都必须处于未挂载(unmounted)状态。

fsck会否在boot过程中自动执行

最早的时候fsck缺省在boot的过程中自动执行，有了日志文件系统之后，掉电和系统崩溃对文件系统的潜在伤害可以通过journal replay得到解决，执行fsck就不是那么紧迫了，而且随着文件系统越来越大，full check所需的时间越来越长，在boot过程中自动进行fsck带来了诸多不便，也因此引发了很多争议，但fsck又不能不做，因为有些软硬件bug导致的文件系统损坏只有fsck才能处理。现在的倾向是把执行fsck的时机交给系统管理员去决定，是手工执行还是自动执行根据实际需要而定。其中一个讨论如下：
https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=879315

fsck是否在boot过程中自动执行是通过/etc/fstab的第6个字段控制的，如果为0就表示禁止fsck自动执行：

在已经禁止fsck自动执行的情况下，仍然可以强制下次boot时自动执行fsck，方法如下：

如果要reboot时不做fsck，可以用以下命令重启，它会忽略/etc/fstab的设置，启动时直接跳过fsck：

不同的文件系统有不同的fsck工具

不同类型的文件系统有各自的fsck工具，比如ext3文件系统对应的是fsck.ext3，xfs文件系统对应的是fsck.xfs。fsck命令只是个外壳，它本身没有能力去检查所有类型的文件系统，会根据文件系统的类型去调用相应的fsck工具。

  • ext2/ext3/ext4

ext2, ext3和ext4的fsck工具都是e2fsck，fsck.ext2、fsck.ext3和fsck.ext4都是指向e2fsck的链接。

ext2不是日志文件系统，没有日志(journal)，e2fsck执行时会进行full check，耗时较长，尤其对大文件系统耗时更长。

ext3和ext4都是日志文件系统，e2fsck执行的时候，缺省做完journal replay就会返回，速度很快，除非superblock中的标记要求进行full check，（如果文件系统在运行过程中发现metadata不一致的话会在superblock中做标记，e2fsck执行时发现这个标记就会进行full check）。参见e2fsck的manpage：

ext3/ext4是否进行full check是由下列几个因素决定的：

  • superblock中的标记要求进行full check（即以上manpage所提到的）；
  • e2fsck命令加了”-f”参数，强制进行full check；
  • ext3/ext4文件系统有两个参数决定是否进行full check：
    “Maximum mount count” 和 “Check interval”。

用”tune2fs -l”命令可以查看ext文件系统的参数，在下例中的文件系统每当mount次数达到25次的时候（Maximum mount count 值是25），一旦执行e2fsck就会进行full check；每过6个月（Check interval 值是6 months），一旦执行e2fsck就会进行full check：

修改这两个参数分别用 tune2fs 命令的 “-c” 和 “-i” 参数，比如”tune2fs -c 0 -i 0 /dev/sda”可以禁止”Maximum mount count”和”Check interval”达到指定值导致的full check。参见tune2fs的manpage：

 

  • XFS

XFS是日志文件系统，mount过程会进行journal replay等操作。如果允许boot过程中自动执行fsck，fsck会直接成功返回，因为对应的fsck.xfs什么也不做。

要想检查XFS文件系统，可以手工执行”xfs_repair -n”命令。
注：
虽然有xfs_check命令也可以对XFS文件系统做检查，但不建议使用（参见xfs_check的manpage），它很慢，尤其是大文件系统上更慢。

xfs_repair命令的前提条件是journal log必须干净，如果XFS文件系统没有正常umount，那在执行xfs_repair之前应该先mount一下，让它完成journal replay，然后再umount，因为xfs_repair应该在文件系统未挂载的状态下执行。
注：
如果XFS的journal replay失败，意味着journal log有可能损坏了，可以用”xfs_repair -L”清除journal log，但务必谨慎，因为丢弃journal有可能会导致文件系统一致性受损。

为什么有时候reboot过程中日志文件系统会进行很长时间的fsck？

通常是因为：boot时自动执行了fsck并且fsck在进行full check。需要检查以下事项：

  1. /etc/fstab的第6字段是否非0，因为它会自动执行fsck；
  2. 是否存在/forcefsck文件，因为它会强制下次boot时自动执行fsck；
  3. 是否通过 shutdown -Fr 重启的系统，因为它会强制boot时自动执行fsck；
  4. 针对具体的文件系统类型，看在什么情况下会进行full check，譬如ext2文件系统，任何时候执行e2fsck都会进行full check；而ext3/ext4则视情况而定–如果文件系统参数设定了”Maximum mount count”或”Check interval”，又或者superblock因为发现不一致而作了full check标记（详见前面段落），则e2fsck执行时会进行full check。

参考资料：