處理文件系統和快照空間大小不一致的方法

這篇文章主要介紹處理文件系統和快照空間大小不一致的方法，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

為什么文件系統和快照空間大小不一致？

有用戶咨詢，在ECS實例內刪除文件后再打快照，發現快照容量并沒有變小。出現該現象的原因與快照原理、以及文件系統與磁盤、快照的關系有關，即，只要被寫過數據的存儲塊（Block），即使在磁盤中的相關文件已經被刪除，數據塊仍會被記錄到快照中，所以出現快照比磁盤占用空間大的現象。文件系統中所謂刪除只是在需要刪除的文件頭部做個標記，讓用戶知道這塊空間可以利用了，但并不會減少磁盤本身的空間占用。

為什么文件系統和快照空間大小不一致？

用戶在實例內部看到的是磁盤 (EBS)，在磁盤分區上創建的是文件系統 (File System)。文件系統負責管理磁盤空間，其操作最終均轉化為磁盤的 I/O 請求。EBS 會記錄 Block（指磁盤的邏輯塊地址被塊存儲劃分為相同大小的塊）狀態，按需將臟數據拷貝到 OSS，這就是打快照的過程。

以下原因可能會造成文件系統的空間與快照大小不一致：

文件系統本身的元數據會占用磁盤空間。

創建文件系統過程會寫大量 Block。特別的，Windows 的慢速格式化會寫臟大量 Block，而使用快速格式化可以減少寫Block 的數量。

文件系統為了減小開銷，刪除文件只是在內部做個標記，而 EBS 不感知這個刪除指令，Block 仍然是已分配狀態，所以仍會把這部分也做到快照里，導致快照比文件系統大。

Virtio-block 和 Xen 的 Block-front 等模塊不支持 TRIM 指令（一種IO指令，提示LBA上的某段數據不再使用，可以被刪除），因而磁盤無法感知數據可以被刪除。

創建快照原理

創建快照原理如下圖所示。

說明：

將磁盤 LBA（邏輯塊地址） 劃分為 Block，未分配過的稱為空塊，圖中白色小方框表示。

只要 Block 被寫過（已分配，將不再是空塊），就將參與計量。

磁盤第一個快照是全量，空塊不拷貝。

磁盤后續快照是增量快照，拷貝自上一個快照以來的增量臟數據，因此同一個 Block 在不同快照中可能會出現多個版本（圖中用不同顏色來表示）。

快照計量方法

如上圖所示，快照記錄空間共有 11 個 Block，比磁盤 T2 中的 9 個 Block 還要多出 2 個。

對單塊磁盤的所有快照整體計量。

只對已分配的 Block 進行計量。不同時間點相同版本 Block 只統計一次。

不同版本的 Block 占用 N 倍空間。

刪除快照的原理

刪除快照的原理如下圖所示。

說明：

離線分析已刪除快照的所有 Block，刪除其中未被其他快照引用的數據。

刪除 S1 之后，剩下的快照一共有 10 個 Block（包含 S0 的 6 個、S1 產生的 2 個臟數據、S2 的 2 個。），而不是 8 個 Block（S0 的 6 個、S2 的 2 個）。

“數據寫入操作”的準確定義

首先澄清一個概念，對底層分布式存儲系統而言，“數據寫入操作”不僅僅意味著用戶寫入的業務數據，也包括格式化磁盤等一系列I/O操作。

用戶在拿到磁盤后，必須要先格式化才能正常使用。格式化的本質是建立文件系統的過程。一個分區或磁盤在作為文件系統使用前，需要初始化，并將數據結構記錄到磁盤上，這個過程就叫建立文件系統。

因此，在磁盤上建立文件系統，也就意味著對磁盤有數據寫入操作。不同的文件系統，在格式化時寫入的文件大小也不盡相同，具體如下：

Windows系統格式化，分為快速和正常格式化：

快速格式化只是給分區分配文件系統，并重寫目錄表；

正常格式化不但會進行上述工作，還會對分區逐扇區進行掃描以確定和標記壞扇區；

因此正常格式化操作，會填充磁盤空塊，相當于把磁盤全盤寫了一遍。在此種情況下，第一個全量快照的大小會近似于磁盤容量。而快速格式化占用的實際空間則相對較少。

Linux系統格式化，也同樣是建立文件系統的過程。因此剛剛格式化完畢的磁盤，在用戶沒有寫入業務數據的時候，第一個快照也會有一定的容量大小，具體要看不同的文件系統格式而定。

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