在Linux中打开特定块上的文件

Question

为了调试目的，我想在特定预定义块上打开一个文件。例如，如果我怀疑特定块已经损坏，我希望能够在用户模式下写入和读取它，同时分区已经挂载。

有没有办法告诉Linux，“嘿！如果空闲，请在块4579上打开这个新文件”。

是的，我可以直接编辑块设备，但如果驱动器已经挂载，那可能会破坏文件系统。

欢迎提供通用答案，但即使是针对ext文件系统系列的答案也足够好了。

- mikebloch

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这将高度依赖于特定的文件系统。有些文件系统甚至没有块的概念。但是你已经标记了ext4这个问题。我非常怀疑ext4或任何类似的文件系统是否具有这样的功能。 - Celada

@Celada 他们必须要有块的概念，因为这是他们写入物理设备的基本单位，不是吗？ - mikebloch

我说过，一些文件系统没有块的概念。nfs、tmpfs、虚拟文件系统、大多数fuse文件系统、jffs2（尽管该文件系统按块擦除）等等...但是我只是顺便提到了这个，因为我猜你是在问ext4特别的情况。 - Celada

@Celada，请问您能否解释一下（我对块设备还不熟悉），jffs2最终不会向底层闪存的第二个块写入4K吗？（或其他什么）。也许它会将某个块分配给多个文件，也许它根本没有文件的概念，但归根结底，它会向底层块设备（可能是一个假装是块设备的文件，但它仍然认为自己是块设备）写入4K（或块大小是多少）的数据。我错了吗？ - mikebloch

这个问题让我想起那些想要从用户空间访问特定物理内存地址的人。唉... - paulsm4

Answer 1

例如，如果我怀疑特定的块已损坏，我想从它那里读取并写入... 有没有一种方法告诉Linux，“嘿！如果它是空闲的，请在块4579上打开这个新文件”？

是的，您可以将底层块设备用作文件，并在文件上搜索该位置。 鉴于您的“调试”用例，这似乎是适当的。 请注意，对此块的写入可能会破坏以上文件系统的完整性（甚至写回刚刚读取的内容）。

否则，文件系统通常会掩盖底层设备的布局，因此没有这种机制来提示应该在哪里创建文件。

- Brian Cain

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即使驱动器也不会暴露它们的真实几何形状。除了原始NAND芯片之外，所有闪存设备都会自动进行磨损平衡，因此在存储中根本没有特定位置的概念。而磁性设备可以通过ECC机制检测错误，并在操作系统层面上没有任何可见性地透明地重新映射扇区。 - Andy Ross

@Brian 我知道，但是我不想破坏我的文件系统。 - mikebloch

@mikebloch 我认为Brian没有责任展示LKML参考，表明该功能已被考虑并被拒绝。对于一个文件系统来说，允许外部输入其块分配决策策略是非常奇怪的事情，因此很可能以前从未讨论过。你提到的ioctls用于在事后查找文件位置和可用空间，是专门添加的解决具体用例的（例如引导加载程序的需求）。即使如此，公开这一点也是脆弱的：当涉及RAID奇偶校验或文件数据存储在inode中时，它意味着什么？ - Celada

@Celada，如果文件嵌入在索引节点中-只需返回索引节点所在的块。RAID也有块，它们不映射到实际磁盘上的块，但是RAID控制器会假装自己是一个磁盘，如果它将4K存储在7821号块上，则应报告文件位于7821号块，而不管RAID控制器之后做了什么。 - mikebloch

@mikebloch 碎片整理软件，例如 fsck，被认为是文件系统实现的一部分，并且与特定的文件系统类型紧密相关，可能由同一团队开发。它将使用文件系统的私有接口，这些接口并不是为公共使用而设计的，也无法扩展为足够通用。例如，考虑 zfs：它是一个写时复制的文件系统，因此每次修改文件时，文件都会移动到新的块中。你期望这样吗？无论如何，对于 zfs，您必须处理比块更多的内容：您还有存储池。 - Celada