檔案系統各有不同，其最主要的目標就是解決磁碟空間的管理問題，同時提供高效性、安全性。如果在分布式環境下，則有相應的分布式檔案系統。 linux 上有 ext 系列， windows 上有 fat 和 ntfs 。如圖為乙個 linux 下檔案系統的結構。
其中 vfs （ virtual file system ）是 linux kernel 檔案系統的乙個模組，簡單看就是乙個 adapter ，對下遮蔽了下層不同檔案系統之間的差異，對上為作業系統提供了統一的介面 .
中間部分為各個不同檔案系統的實現。
再往下是 buffer cache 和 driver 。
檔案系統的結構
各種檔案系統實現方式不同，因此效能、管理性、可靠性等也有所不同。下面為 linux ext2 （ ext3 ）的乙個大致檔案系統的結構。
boot block 存放了引導程式。
super block 存放了整個檔案系統的一些全域性引數，如：卷名、狀態、塊大小、塊總數。他在檔案系統被 mount 時讀入記憶體，在 umount 時被釋放。
上圖描述了 ext2 檔案系統中很重要的三個資料結構和他們之間的關係。
inode ： inode 是檔案系統中最重要的乙個結構。如圖，他裡面記錄了檔案相關的所有資訊，也就是我們常說的 meta 資訊。包括：檔案型別、許可權、所有者、大小、 atime 等。 inode 裡面也儲存了指向實際檔案內容資訊的索引。其中這種索引分幾類：
如圖：
directory
代表了檔案系統中的目錄，包括了當前目錄中的所有
inode
資訊。其中每行只有兩個資訊，乙個是檔名，乙個是其對應的
inode
。需要注意，
directory
不是檔案系統中的乙個特殊結構，他實際上也是乙個檔案，有自己的
inode
，而它的檔案內容資訊裡面，包括了上面看到的那些檔名和
inode
的對應關係。如下圖：
data block 即存放檔案的時間內容塊。 data block 大小必須為磁碟的資料塊大小的整數倍，磁碟一般為 512 位元組，因此data block 一般為 1k 、 2k 、 4k 。
buffer cache
buffer & cache
雖然 buffer 和 cache 放在一起了，但是在實際過程中 buffer 和 cache 是完全不同了。 buffer 一般對於寫而言，也叫「緩衝區」，緩衝使得多個小的資料塊能夠合併成乙個大資料塊，一次性寫入； cache 一般對於讀而且，也叫「快取」，避免頻繁的磁碟讀取。如圖為 linux 的 free 命令，其中也是把 buffer 和 cache 進行區分，這兩部分都算在了 free 的記憶體。
buffer cache 中的快取，本質與所有的快取都是一樣，資料結構也是類似，下圖為 vxsf 的乙個 buffer cache 結構。
這個資料結構與 memcached 和 oracle sga 的 buffer 何等相似。左側的 hash chain 完成資料塊的定址，上方的的鍊錶記錄了資料塊的狀態。
buffer vs direct i/o
檔案系統的 buffer 和 cache 在某些情況下確實提高了速度，但是反之也會帶來一些負面影響。一方面檔案系統增加了乙個中間層，另外一方面，當 cache 使用不當、配置不好或者有些業務無法獲取 cache 帶來的好處時， cache 則成為了一種負擔。
適合 cache 的業務：序列的大資料量業務，如： nfs 、 ftp 。
不適合 cache 的業務：隨機 io 的業務。如： oracle ，小檔案讀取。
塊裝置、字元裝置、裸裝置
這幾個東西看得很暈，找了一些資料也沒有找到很準確的說明。
從硬體裝置的角度來看，
從作業系統的角度看（對應作業系統的裝置檔案型別的 b 和 c ），
# ls -l /dev/*lv
brw------- 1 root system 22, 2 may 15 2007 lv
crw------- 2 root system 22, 2 may 15 2007 rlv
如上，相比之下，字元裝置在使用更為直接，而塊裝置更為靈活。檔案系統一般建立在塊裝置上，而為了追求高效能，使用字元裝置則是更好的選擇，如 oracle 的裸裝置使用。
裸裝置
裸裝置也叫裸分割槽，就是沒有經過格式化、沒有檔案系統的一塊儲存空間。可以寫入二進位制內容，但是內容的格式、其中資訊的組織等問題，需要使用它的人來完成。檔案系統就是建立在裸裝置之上，並完成裸裝置空間的管理。
cio
cio 即並行 io （ concurrent io ）。在檔案系統中，當某個檔案被多個程序同時訪問時，就出現了 inode 競爭的問題。一般地，讀操作使用的共享鎖，即：多個讀操作可以併發進行，而寫操作使用排他鎖。當鎖被寫程序占用時，其他所有操作均阻塞。因此，當這樣的情況出現時，整個應用的效能將會大大降低。如圖：
cio 就是為了解決這個問題。而且 cio 帶來的效能提高直逼裸裝置。當檔案系統支援 cio 並開啟 cio 時， cio 缺省會開啟檔案系統的 direct io ，即：讓 io 操作不經過 buffer 直接進行底層資料操作。由於不經過資料 buffer ，在檔案系統層面就無需考慮資料一致性的問題，因此，讀寫操作可以並行執行。
在最終進行資料儲存的時候，所有操作都會序列執行， cio 把這個事情交個了底層的 driver 。
說說IO（四） 檔案系統
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