linux
cache
資料結構
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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