android sdcard存储方案二（基于fuse文件系统）


续《android sdcard存储方案（基于fuse文件系统）：之一》，再聊聊基于android sdcard存储方案（基于fuse文件系统）：之二，

以后有空再谈谈该方案的缺点，及优化方案。

一、android GB 及JB、KK版本内置sdcard效果对比图

从上面效果对比图，我们可以发现android fuse sdcard 有如下两个优点：

1、使用fuse后 /data 和 /sdcard0 是共离一块分区，这块分区的空间/data和/sdcard0 动态享用， 用户使用灵活。

2、去掉了fat32文件系统，这样也免去了一个license的风险。

二、fuse的标准工作流程图

from: http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_in_Userspace
Filesystem in Userspace

FUSE structure.svg

这里重点说明libfuse的作用：libfuse为开发者提供了接口fuse_operations开发者只需要实现这组接口，然后调用fuse初始化接口：fuse_mount()、fuse_new()、fuse_loop()即可实现一个用户空间文件系统。这样为开发多种fuse文件系统带来很多方便。

三、android fuse sdcard架构图及source code

1、source code：

\system\core\sdcard\

\frameworks\base\cmds\installd\ JB

./frameworks/native/cmds/installd/ KK

\kernel\fs\fuse\

2、fuse操作流程图：

android fuse sdcard的操作流程说明：

步骤１：黑色箭头所示，app通过fuse向sdcard dameon 发出操作请求

步骤２：红色箭头所示：sdcard damon 实际完成操作，比如此例：通过vfs、ext４向实际存储器操作

步骤３：蓝色箭头所示：sdcard damon通过fuse向app反馈操作结果

android fuse sdcard 流程和标准fuse流程图最大不同点在于：

android没有直接移植标准的libfuse，而是重写了相关代码，将libfuse的功能集成到sdcard dameon。

这样做的我能想到的好处，可能就是函数调用的层次少了一些，可能效率会好点。

一直想不明白android为什么不移植libfuse ？

3、fuse sdcard 的mount状态，如下图：

四、使用fuse sdcard 带来的一些问题及解决方法

1、/data和/sdcard 动态占用空间，如果用户通过/sdcard将整个分区填满，则会导致系统无法启动。

时，仅允许系统写入，不允许普通app写

解决办法，就是设置一个/sdcard/可用的上限，不至于导致系统崩溃至无法启用。

具体可以参考mtk修改的代码：\kernel\fs\fuse\inode.c (LIMIT_SDCARD_SIZE包宏处)

static void convert_fuse_statfs(struct kstatfs *stbuf, struct fuse_kstatfs *attr)

{

stbuf->f_type = FUSE_SUPER_MAGIC;

stbuf->f_bsize = attr->bsize;

stbuf->f_frsize = attr->frsize;

stbuf->f_blocks = attr->blocks;

stbuf->f_bfree = attr->bfree;

stbuf->f_bavail = attr->bavail;

stbuf->f_files = attr->files;

stbuf->f_ffree = attr->ffree;

stbuf->f_namelen = attr->namelen;

#ifdef LIMIT_SDCARD_SIZE

stbuf->f_blocks -= (u32)data_free_size_th/attr->bsize;

if(stbuf->f_bfree < ((u32)data_free_size_th/attr->bsize)){

stbuf->f_bfree = 0;

}else{

stbuf->f_bfree-= (u32)data_free_size_th/attr->bsize;

}

if(stbuf->f_bavail < ((u32)data_free_size_th/attr->bsize)){

stbuf->f_bavail = 0;

}else{

stbuf->f_bavail-= (u32)data_free_size_th/attr->bsize;

}

#endif

/* fsid is left zero */

}

注：

a. Google default mtp Mtpreserved frameworks/base/services/java/com/android/server/MountService.java270 private static final int MTP_RESERVE_SPACE = 10; field in class:MountService 2425 mtpReserve = MTP_RESERVE_SPACE; 4425 MTP_RESERVE_SPACE,

b. mtk fuse sdcard size limite

system/core/sdcard/sdcard.c //LIMIT_SDCARD_SIZE

mtk新版本软件将kernel fuse 中的保护转换到sdcard service ,参考如下代码：

static int handle_write(struct fuse* fuse, struct fuse_handler* handler,

const struct fuse_in_header* hdr, const struct fuse_write_in* req,

const void* buffer)

{

struct fuse_write_out out;

struct handle *h = id_to_ptr(req->fh);

int res;

TRACE("[%d] WRITE %p(%d) %u@%llu\n", handler->token,

h, h->fd, req->size, req->offset);

#ifdef LIMIT_SDCARD_SIZE

if(!strncmp( fuse->root.name,"/data/media",fuse->root.namelen)){

//LOG("[fuse_debug] fuse.free_size 1 = %lld,root name =%s \n",fuse->free_size,fuse->root.name);

pthread_mutex_lock(&fuse->lock);

fuse->free_size -=req->size;

pthread_mutex_unlock(&fuse->lock);

//LOG("[fuse_debug] fuse.free_size 2 = %lld\n",fuse->free_size);

if(fuse->free_size <= internal_sdcard_free_size_threshold){

struct statfs stat;

if (statfs(fuse->root.name, &stat) < 0) {

ERROR("get %s fs status fail \n",fuse->root.name);

fuse->free_size =0;

return -errno;

}else{

pthread_mutex_lock(&fuse->lock);

fuse->free_size = stat.f_bfree*stat.f_bsize;

pthread_mutex_unlock(&fuse->lock);

}

errno = ENOSPC;

LOG("[fuse_debug] Oops fuse.free_size = %lld, less than internal sdcard free size threshold ,no space for write!!!!\n",fuse->free_size);

return -errno;

}

}

#endif

res = pwrite64(h->fd, buffer, req->size, req->offset);

if (res < 0) {

return -errno;

}

out.size = res;

fuse_reply(fuse, hdr->unique, &out, sizeof(out));

return NO_STATUS;

}

2、清除用户数据或者recovey、ota等涉及到要format /data 目录时，/storage/sdcard0 的数据也会被清空掉。

解决办法：

•如果需要清除data时(即format /data)，不直接格式化，而采用删除方式（白名单/data/media/）

3、不同size emmc 的兼容：同一款手机，可能需要兼容多个size emmc，比如16G版本，32G版本。



build阶段，userdata.img被如下BoardConfig.mk指定固定的分区大小。

device/vendor/product/BoardConfig.mk : BOARD_USERDATAIMAGE_PARTITION_SIZE := 1073741824

但项目兼容不同emmc size，“/data”分区的大小是希望不同的，这样才能让用户使用到不同大小的存储空间。

解决方法：利用ext4 resize功能，第一次开机自动调整“/data”分区的大小。

source code ：\external\e2fsprogs\resize

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-ext4resize/
后面再专门写一篇文章说明resize功能的实际使用。

4、厂家的预置资源文件，如何导入到内置sdcard？

手机出货前，厂家通常会预置一些资源文件，比如，导航地图，广告视频等。

解决方法：将预置资源编译到/data/media/目录下，系统第一次启动时installd进程会自动将/data/media/目录的东西移到/data/media/0 目录，即sdcard根目录可见该预置资源。

见如下代码：frameworks\base\cmds\installd\installd.c

KK : ./frameworks/native/cmds/installd/installd.c

int initialize_directories() {

int res = -1;

// Read current filesystem layout version to handle upgrade paths

char version_path[PATH_MAX];

snprintf(version_path, PATH_MAX, "%s.layout_version", android_data_dir.path);

int oldVersion;

if (fs_read_atomic_int(version_path, &oldVersion) == -1) {

oldVersion = 0;

}

int version = oldVersion;

// /data/media.tmp

char media_tmp_dir[PATH_MAX];

snprintf(media_tmp_dir, PATH_MAX, "%smedia.tmp", android_data_dir.path);

// Only copy when upgrade not already in progress

if (access(media_tmp_dir, F_OK) == -1) {

if (rename(android_media_dir.path, media_tmp_dir) == -1) { //将/data/media目录名切换成 /data/media.tmp

ALOGE("Failed to move legacy media path: %s", strerror(errno));

goto fail;

}

}

// Create /data/media again

if (fs_prepare_dir(android_media_dir.path, 0770, AID_MEDIA_RW, AID_MEDIA_RW) == -1) { // 重新创建/data/media目录

goto fail;

}

// /data/media/0

char owner_media_dir[PATH_MAX];

snprintf(owner_media_dir, PATH_MAX, "%s0", android_media_dir.path);　　　　　　　　　　　　　　　

// Move any owner data into place

if (access(media_tmp_dir, F_OK) == 0) {

if (rename(media_tmp_dir, owner_media_dir) == -1) {　　　　　//将 /data/media.tmp目录切换成/data/media/0目录名

ALOGE("Failed to move owner media path: %s", strerror(errno));

goto fail;

}

}

version = 2;

// Persist layout version if changed

if (version != oldVersion) {

if (fs_write_atomic_int(version_path, version) == -1) {　　　　//写2到文件/data/.layout_version，作为上面rename操作成功的标识

ALOGE("Failed to save version to %s: %s", version_path, strerror(errno));

goto fail;

}

}

// Success!

res = 0;

}

通过上面的方法，确实可以将预置资源导入到sdcard，但在实际大量生产中，发现一个新问题：

预置资源可能会被移到/sdcard/0/ 目录（即/data/media/0/0），多了一级0目录。

为什么会发生这种问题呢？ 经过长时间分析，应该是因为上面的代码稳定性极度依赖于函数fs_write_atomic_int()的原子操作性。

//下面看fs_write_atomic_int函数实现细节,

int fs_write_atomic_int(const char* path, int value) {

char temp[PATH_MAX];

if (snprintf(temp, PATH_MAX, "%s.XXXXXX", path) >= PATH_MAX) {

ALOGE("Path too long");

return -1;

}

int fd = TEMP_FAILURE_RETRY(mkstemp(temp)); //mkstemp没有同步效果，mkostemp　android又不支持。

if (fd == -1) {

ALOGE("Failed to open %s: %s", temp, strerror(errno));

return -1;

}

char buf[BUF_SIZE];

int len = snprintf(buf, BUF_SIZE, "%d", value) + 1;

if (len > BUF_SIZE) {

ALOGE("Value %d too large: %s", value, strerror(errno));

goto fail;

}

if (TEMP_FAILURE_RETRY(write(fd, buf, len)) < len) {　　　　// write 不同步

ALOGE("Failed to write %s: %s", temp, strerror(errno));

goto fail;

}

if (close(fd) == -1) {

ALOGE("Failed to close %s: %s", temp, strerror(errno));

goto fail_closed;

}

if (rename(temp, path) == -1) {　　　//rename 不同步

ALOGE("Failed to rename %s to %s: %s", temp, path, strerror(errno));

goto fail_closed;

}

return 0;

fail:

close(fd);

fail_closed:

unlink(temp);

return -1;

}

我理解的原子操作函数，至少会有下面几个特点：

1、短小精悍

2、不可以被打断

3、函数执行成功就等于操作的内容成功。

但实际上，fs_write_atomic_int()函数根本达不到原子操作效果。因为它调用很多文件系统接口，

而文件系统接口，write，rename等都是异步操作的。因此该函数无法满足上面原子操作函数的第3点特性。

如果解决该问题呢？ 1、取消多用户 2、fs_write_atomic_int()函数后面添加sync()。

5、fuse sdcard对开机速度的影响

由于data和sdcard共享分区后， /data分区变大了很多，特别是32G、64G等大容量emmc 。

这样系统启动时，调用如下命令，fs check花的时间就会长很多。

•exec /sbin/e2fsck -pfD /emmc@usrdata

解决方法： 正常开机，不进行完整的check流程。 仅异常开机才进行完整fs check 。类似于PC 。

6、fuse sdcard 读写性能



从上面分析可知fuse sdcard 其实就是将"/data"下的“/data/media/” 映射到/storage/sdcard0目录。

因此，最理想情况是希望 "/storage/sdcard0" 的读、写性能可以达到“/data” 目录的读、写性能。

可实际上，由于以后两点原因，

– 因为多了很多user/kernel space中的message 传递， flow 拉长

– 多了copy_from_user() and copy_to_user() 的overhead

导致读、写性能会有20%左右，甚至更多的性能drop，这是fuse的 设计先天缺限， 各位有什么好的解决方法呢？

==============>太有挑战性了，后续将作专题研究。

dd命令测试“/data” 目录和 “/storage/sdcard0/”的写性能对比数据如下：

// "/data" 目录的写速率：

=== 128k ===

0.1311 MB in 0.0221 secs, 5.9314 MB/sec

=== 256k ===

0.2621 MB in 0.0294 secs, 8.9234 MB/sec

=== 512k ===

0.5243 MB in 0.0422 secs, 12.4271 MB/sec

=== 1m ===

1.0486 MB in 0.0674 secs, 15.5487 MB/sec

=== 2m ===

2.0972 MB in 0.0986 secs, 21.2602 MB/sec

=== 4m ===

4.1943 MB in 0.1833 secs, 22.8776 MB/sec

=== 8m ===

8.3886 MB in 0.3600 secs, 23.2996 MB/sec

=== 16m ===

16.7772 MB in 0.6883 secs, 24.3763 MB/sec

=== 32m ===

33.5544 MB in 1.0898 secs, 30.7905 MB/sec

=== 64m ===

67.1089 MB in 1.7921 secs, 37.4462 MB/sec

=== 128m ===

134.2177 MB in 3.1874 secs, 42.1089 MB/sec

=== 256m ===

268.4355 MB in 5.9758 secs, 44.9204 MB/sec

// "/storage/sdcard0" 目录的写速率：

=== 128k ===

0.1311 MB in 0.0283 secs, 4.6389 MB/sec

=== 256k ===

0.2621 MB in 0.0354 secs, 7.4048 MB/sec

=== 512k ===

0.5243 MB in 0.0611 secs, 8.5817 MB/sec

=== 1m ===

1.0486 MB in 0.1076 secs, 9.7411 MB/sec

=== 2m ===

2.0972 MB in 0.2182 secs, 9.6119 MB/sec

=== 4m ===

4.1943 MB in 0.4399 secs, 9.5354 MB/sec

=== 8m ===

8.3886 MB in 0.8618 secs, 9.7334 MB/sec

=== 16m ===

16.7772 MB in 1.6788 secs, 9.9935 MB/sec

=== 32m ===

33.5544 MB in 3.0061 secs, 11.1621 MB/sec

=== 64m ===

67.1089 MB in 5.5598 secs, 12.0704 MB/sec

=== 128m ===

134.2177 MB in 11.1888 secs, 11.9958 MB/sec

=== 256m ===

268.4355 MB in 22.4747 secs, 11.9439 MB/sec