CN108090168A - 一种通用f2fs文件系统解析方法、终端设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用F2FS文件系统解析方法、终端设备及存储介质，在该方法中，包括以下步骤：S100：模拟挂载的过程，构建F2FS文件系统的元数据，包括以下步骤：S110：对超级块的内容进行校验；S120：对超级块进行初始化；S130：选择有效检查点；S140：构建段信息表；S150：初始化节点地址表；S200：根据通用的目录项块构建文件目录项，所述通用的目录项块包括但不限于以下组成部分：文件类型、索引节点号、父项索引节点号、文件大小、创建时间、修改时间、文件名指针、文件名长度、指向下一个节点指针和目录有效，指向该目录的第一个节点指针。本发明解决了文件系统的可移植性和兼容性差的问题。

Description

一种通用F2FS文件系统解析方法、终端设备及存储介质

技术领域

本发明涉及计算机文件系统领域，尤其涉及一种通用F2FS(Flash Friendly FileSystem)文件系统解析方法、终端设备及存储介质。

背景技术

目前的安卓移动设备终端的用户数据分区文件系统类型通常为EXT(延伸文件系统，Extended file system)或F2FS，特别是在安卓智能手机上被广泛使用，EXT做为较早的Linux文件系统，使用范围较广，也存在一定数量的技术文档和相关专利，但F2FS做为新型Linux文件系统，相比EXT在整体性能上具备一定优势，在一些中高端手机上频繁被采用，且目前没有发现相关的技术专利。

EXT文件系统支持扇区大小范围均是512/1024/2048/4096字节，块大小是4KB，解析方法是根据位图信息直接遍历解析目录项，随着存储器技术的发展，存储容量会越来越大，为了提高读写效率，扇区和块大小会相应变大，相关的元数据也会随之改变，当文件系统研发机构对文件系统做出技术改动或推出新的文件系统版本时，就会出现兼容性差、相关解析技术发展迭代慢等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种通用F2FS文件系统解析方法、终端设备及存储介质，解决了文件系统的可移植性和兼容性差的问题。

具体方案如下：

1.一种通用F2FS文件系统解析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S100：模拟挂载(mount)的过程，构建F2FS文件系统的元数据，包括以下步骤：

S110：对超级块(Superblock，SB)的内容进行校验；

所述校验为先对超级块0进行校验，当超级块0校验不通过时，切换到超级块1进行校验，当超级块1校验不通过时结束；

S120：对超级块进行初始化：对超级块内的统计数据和元数据的起始地址参数以及其他相关参数进行赋值；

所述初始化为当超级块0校验通过时，对超级块0进行初始化；当超级块0校验不通过但超级块1校验通过时，对超级块1进行初始化；

S130：选择有效检查点(Checkpoint，CP)：选择两个检查点中版本号较高的检查点作为当前的有效检查点；

S140：构建段信息表(Segment Information Table，SIT)：从有效检查点中读取段信息表位图信息，检查位图和有效数据块关系，并将获取到的有效位图信息载入段汇总区(Segment summary Area，SSA)；

S150：初始化节点地址表(Node Address Table，NAT)：从有效检查点中读取节点地址表位图信息和指针信息，完成节点块和位图映射对应关系；

S200：根据通用的目录项块构建文件目录项；

所述通用的目录项块包括但不限于以下组成部分：文件类型、索引节点号、父项索引节点号、文件大小、创建时间、修改时间、文件名指针、文件名长度、指向下一个节点指针和目录有效，指向该目录的第一个节点指针。

进一步的，所述文件类型占用1字节，索引节点号占用4字节，父项索引节点号占用4字节，创建时间占用8字节，修改时间占用8字节，文件名指针为宽字节指针，其占用的地址大小动态分配。

一种通用F2FS文件系统解析终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

本发明采用如上技术方案，根据Linux操作系统的挂载命令，F2FS文件系统特性、数据组织和文件结构，提出一种针对该文件系统的解析方案，并成功应用于使用了该文件系统的移动设备终端镜像文件系统解析上，扩充了原来只支持EXT和较少量采用yaffs(YetAnother Flash File System)文件系统的低端安卓手机的镜像文件取证范围。

通过模拟挂载过程的镜像文件系统解析方案对安卓移动终端设备进行的镜像文件系统解析具有较好的稳定性和兼容性，同时也为镜像文件取证领域提供了一种重要思路。

附图说明

图1所示为本发明实施例一的流程示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种通用F2FS文件系统解析方法，如图1所示，其为本发明实施例一所述的通用F2FS文件系统解析方法的流程示意图，所述方法可包括以下步骤：

S100：模拟挂载(mount)的过程，构建F2FS文件系统的元数据。

所述挂载为将分区挂接到Linux的一个文件夹下，从而将分区和该目录联系起来，因此我们只要访问这个文件夹，就相当于访问该分区了，该实施例中，通过将镜像磁盘文件挂接到Linux的一个文件夹下，从而将镜像磁盘文件和该文件夹目录联系起来。

所述过程中将属于对操作系统环境变量初始化或赋值等相关动作剔除，只保留该过程中对文件系统操作的部分。

所述F2FS的元数据为文件系统组织架构信息，包括以下几种:

1)超级块(Superblock，SB)

2)检查点(Checkpoint，CP)

3)段信息表(Segment Information Table，SIT)

4)节点地址表(Node Address Table，NAT)

5)段汇总区(Segment summary Area，SSA)

所述模拟挂载的过程包括：

S110：对F2FS文件中超级块的内容进行校验。

所述F2FS文件是专门为基于NAND的存储设备设计的新型开源flash文件系统。

F2FS文件中有两个备份超级块以避免文件系统破碎(crash)无法恢复的情况发生，分别为超级块0和超级块1，每个块各占用4KB，以磁盘镜像文件0开始偏移0x400字节为超级块0，块开始的四个字节即是文件系统魔数“1020F5F2”，所述超级块仅包含只读数据，一旦文件系统创建，超级块的信息就不会再改变，超级块包含基本的分区信息和默认的F2FS参数，描述了文件系统有多大、段(Segment)有多大、区段(Section)有多大、存储区(Zone)有多大以及分配了多少空间给各个部分的“元数据”区域以及其他少量的细节信息。

所述校验的过程为首先是进行魔数检查，这也是判别F2FS文件系统的重要标识之一，接着是进行主区域(Main Area)总数、扇区大小检查，目前支持的扇区大小为512/1024/2048/4096字节，不属于这个范围将返回失败，最后检查根(root)索引节点号、元数据索引节点号、节点(node)索引节点号，这几个索引节点号都是固定的，否则也将返回失败。

进一步的，所述校验为先对超级块0进行校验，当超级块0校验不通过即超级块0发生损坏时，切换到超级块1进行校验，当超级块1校验不通过时结束，表明磁盘发生损毁或者镜像文件提取有误。

S120：对超级块进行初始化，即对超级块内的统计数据和元数据的起始地址参数以及其他相关参数进行赋值。

所述相关参数包括但不限于块的总数、块大小、总节点数、根节点号、元数据开始块地址、主区域(Main Area)起始地址等。

该实施例中当步骤S110中超级块0校验通过时，对超级块0进行初始化；当超级块0校验不通过但对超级块1校验通过时，对超级块1进行初始化。

S130：选择有效检查点(Checkpoint、CP)。

所述检查点是一种元数据类型，允许使用两个位置(two-location)方法实现写入时复制(copy on write)，检查点占用两个相邻的段，每个段都存储一个检查点，但只有一个是有效的，检查点包含一个版本号，当挂载文件系统时，两个检查点都将被读取，选择两个检查点中版本号较高的检查点作为当前的有效检查点，它指向有效的节点地址表和段信息表。

所述检查点用于储存文件系统超级块中的可写信息，如空闲空间总量、下一个将要写入数据的段的地址以及其他可更改信息。检查点包含文件系统信息，有效节点地址表集和段信息表集的位图(bitmaps)，被删除节点(Orphan inodes)的列表，以及当前有效段的汇总(Summary)项。

S140：构建段信息表(Segment Information Table、SIT)：从有效检查点中读取段信息表位图信息，检查位图和有效数据块关系，获取有效位图信息，载入当前段汇总区(Segment summary Area、SSA)。

所述段汇总区包含许多段汇总项，所述段汇总项中包含存储在主区域的所有数据和节点块的所有者信息。

所述段信息表为每个段存储74字节的信息且与段的汇总项分离，因为它修改的频率更高。它主要用来跟踪哪些数据块仍然是有效的(有效块个数以及数据块有效性位图)，因而当段中无有效块时，就可以回收该段，或者当该段中有效数据块很少的时候进行清扫(clean)操作。

所述段汇总区中包含多个汇总项，汇总项保存主(Main)区数据块和节点块信息。

S150：初始化节点地址表(Node Address Table、NAT)：从有效检查点中读取节点地址表位图信息和指针信息，完成节点块和位图映射对应关系。

所述节点地址表为存储在主(Main)区域的所有节点数据块的块地址表，所有节点块由节点地址表进行映射，即每个节点的位置均由节点地址表来转换，F2FS采用节点地址表和节点块做映射关系，省去数据块更新时的递归传播。

S200：根据通用的目录项块构建文件目录项。

F2FS文件系统中原有的目录结构中，每个目录项块大小为4KB，包含214个目录项槽位(slot)、文件名、保留区和位图(Bitmap)信息，其中每个目录项块用一个位图信息来表示该目录项是否有效，214个目录项槽位中包括214个目录项，每个目录项占用11个字节，包含以下4个部分：文件名哈希值(hash)、索引节点号(ino)、文件名长度(name len)、文件类型(type)。所述文件名哈希值占用4个字节，索引节点号占用4个字节，文件名长度占用2个字节，文件类型占用1个字节。

由于原有的目录项属性不能满足某些特定需求，如该实施例中需满足电子证据取证的需求，由于电子数据取证需要记录文件的时间、文件的大小的相关数据，而原有的目录项属性中没有这些内容，因此构建一种满足电子证据取证的通用目录项结构。

所述通用的目录项块包括以下组成部分：

1)文件类型(type)(1Byte)

2)索引节点号(ino)

3)父项索引节点号(pino)

4)文件大小(size)

5)创建时间(ctime)

6)修改时间(mtime)

7)文件名指针(file_name)

8)文件名长度(file_len)

9)指向下一个节点指针(next)

10)目录有效，指向该目录的第一个节点指针(child)

该实施例中，所述文件类型占用1字节(Byte)，索引节点号占用4字节，父项索引节点号占用4字节，创建时间占用8字节，修改时间占用8字节，文件名指针为宽字节指针，其占用的地址大小动态分配。

该目录项块结构相对简单，没有平台相关依赖，便于移植，镜像文件挂载成功后保存于内存中，用于快速遍历并输出文件。

本发明实施例一通过模拟挂载过程将F2FS文件格式的镜像磁盘文件挂载到Linus的一个文件夹下，将镜像磁盘文件和该文件夹目录联系起来，由于挂载过程中已经对文件系统的元数据进行了详细描述，对于新推出版本和较低版本文件系统，只需较少改动甚至无需改动即能实现较好地兼容，该发明以标准C实现，无平台相关依赖，可移植性好。

实施例二：

本发明还提供一种通用F2FS文件系统解析终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。

进一步地，作为一个可执行方案，所述通用F2FS文件系统解析终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述通用F2FS文件系统解析终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述通用F2FS文件系统解析终端设备的组成结构仅仅是通用F2FS文件系统解析终端设备的示例，并不构成对通用F2FS文件系统解析终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述通用F2FS文件系统解析终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。

进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentranProcessing Unit，CHECKPOINTU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitanSignan Processor，DSP)、专用集成电路(Appnication Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Fiend-Programmabne Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述通用F2FS文件系统解析终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个通用F2FS文件系统解析终端设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述通用F2FS文件系统解析终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digitan,SD)卡，闪存卡(Fnash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。

所述通用F2FS文件系统解析终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnnyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种通用F2FS文件系统解析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S100：模拟挂载(mount)的过程，构建F2FS文件系统的元数据，包括以下步骤：

S110：对超级块的内容进行校验；

所述校验为先对超级块0进行校验，当超级块0校验不通过时，切换到超级块1进行校验，当超级块1校验不通过时结束；

S120：对超级块进行初始化：对超级块内的统计数据和元数据的起始地址参数以及其他相关参数进行赋值；

所述初始化为当超级块0校验通过时，对超级块0进行初始化；当超级块0校验不通过但超级块1校验通过时，对超级块1进行初始化；

S130：选择有效检查点：选择两个检查点中版本号较高的检查点作为当前的有效检查点；

S140：构建段信息表：从有效检查点中读取段信息表位图信息，检查位图和有效数据块关系，并将获取到的有效位图信息载入段汇总区；

S150：初始化节点地址表：从有效检查点中读取节点地址表位图信息和指针信息，完成节点块和位图映射对应关系；

S200：根据通用的目录项块构建文件目录项；

所述通用的目录项块包括但不限于以下组成部分：文件类型、索引节点号、父项索引节点号、文件大小、创建时间、修改时间、文件名指针、文件名长度、指向下一个节点指针和目录有效，指向该目录的第一个节点指针。

2.根据权利要求1所述的通用F2FS文件系统解析方法，其特征在于：所述文件类型占用1字节，索引节点号占用4字节，父项索引节点号占用4字节，创建时间占用8字节，修改时间占用8字节，文件名指针为宽字节指针，其占用的地址大小动态分配。

3.一种通用F2FS文件系统解析终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～2所述方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～2所述方法的步骤。