（3）Linux性能調優之Linux文件系統

1、前言

前面咱們談了Linux的進程管理和內存體系：

（1）Linux性能調優之Linux進程管理

（2）Linux性能調優之Linux內存體系

這一節咱們將談下Linux的文件系統

2、概覽

Linux做爲開源操做系統，最大的優點是它能夠支持各種文件系統。現代的Linux內核可以支持幾乎每種文件系統，從基礎的FAT到高性能的日誌文件系統（JFS）都能能夠。

由於目前Linux的發行版本中，Readhat系（開源版本是Centos）和debian系（你們熟知的Ubuntu）比較流行，因此後面會重點介紹下Readhat系用的xfs文件系統和ext4文件系統。

3、虛擬文件系統

虛擬文件系統（VFS）是一個處於用戶進程和各種文件系統之間的抽象接口層，VFS提供訪問文件系統對象的通用對象模型（例如，i-node、文件對象、頁緩存、）和方法，它對用戶進程隱藏了各類文件系統的差異。正是由於有VFS，因此用戶進程不用關心使用的是那種文件系統，也更不須要知道各個文件系統應該使用哪一個系統調用。下圖顯示了VFS的概況：

在開始介紹各個文件系統前，先介紹一個概念：日誌

在非日誌文件系統上，當執行寫操做時，內核先修改文件系統的元數據，而後寫入實際的用戶數據。這個操做可能會丟失數據的完整性。若是在寫入文件系統元數據的時候系統忽然崩潰，文件系統的一致性就可能被破壞。fsck會在下次啓動時檢查全部的元數據，並修復文件系統上的不一致，可是若是卷特別大的時候，這個修復過程就會變得很漫長，只能乾等着fsck工做完以後才能使用這系統。

日誌文件系統解決了這個問題，在寫入實際的文件系統以前，他先把要修改的數據寫入一個叫作日誌區域（journal area）的地方。日誌區域能夠在文件系統上，也能夠不在文件系統上。寫入日誌區域的數據叫作日誌記錄（joutnal log）。若是系統支持的話，它內容包括文件系統元數據和真正的文件數據。

由於在寫入真正用戶數據以前要寫記錄日誌，和非日誌文件系統相比會產生性能開銷。維護數據高度一致性所犧牲的性能開銷大小，取決於在寫入用戶數據以前要寫入多少信息到磁盤上。

4、常見的文件系統

• 4.1 Ext2

Ext2是一個簡單和快速的文件系統，沒有日誌功能。下圖展現了Ext2的文件系統數據結構：

文件系統由一個引導扇區（boot sector）開始，後面跟着塊組（block groups）。整個文件系統被分紅許多小塊組來得到高性能，由於i-node表和保存用戶數據的數據塊駐留在較前的磁盤，因此節約尋址時間。一個塊組包含以下項目：

+ 超級塊（Super block） 磁盤上信息存放在這裏，超級塊的副本保存在每一個塊組的頂部。
+ 塊組描述符（Block group descriptor） 塊組的信息存在這裏
+ 數據塊位圖（Data block bitmaps） 空閒塊管理
+ i-node位圖（i-node bitmaps） 空閒i-node管理
+ i-node表（i-node tables） 存放i-node表。每一個文件都有相應的i-node表，存放文件的元數據，譬如文件
模式、uid、gid、atime、ctime、mtime、dtime和數據塊的指針。
+ 數據塊（Data blocks） 存放真正的用戶數據。
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如何訪問數據？

爲了找到組成文件的數據塊，內核首先搜索文件的i-node。在接到進程打開/var/log/messages 文件的請求時，內核分析文件路徑，而後搜索/（根目錄）的條目，其中包含了它本身目錄下 的文件和目錄信息。這時候，內核會找到/var目錄的i-node，而後再來看看/var目錄，它也有 它本身目錄下的文件和目錄的信息。內核會一直執行上面的過程，直到找到/var/log/messages文件的i-node。Linux內核使用對象緩存，好比目錄條目緩存或者i-node緩存來加速尋找i-node的過程。

一旦內核找到了文件的i-node，而後就試着訪問真正的用戶數據塊。如前面解釋的那樣，inode有數據塊的指針。參照它，內核就能得到數據塊了。對於大文件來講，Ext2提供到數據塊的直接/非直接參照。下圖展現了它是如何工做的：

• 4.2 Ext3

Ext3和Ext2的基本結構是類似的，主要區別是Ext3支持日誌。Ext3有以下亮點：

1.可用性： Ext3採用一致性的方式把數據寫入磁盤，因此，當系統出現意外宕機（斷電或者系統崩潰），
服務器再次啓動時不用檢查數據的一致性。能夠把系統恢復時間從幾小時縮短到幾秒鐘！
2.數據完整性： 在mount命令中使用data=journal打開日誌記錄模式，全部的數據，包括文件和元數據都會記錄日誌！
3.速度： 經過指定日誌模式data=writeback，你能夠在你的業務場景下，在速度和完整性之間作權衡。
在有大量同步寫的時候，這個效果會十分顯著。
4.靈活性： 把現有的Ext2很簡單就能升級到Ext3，並且不用從新格式化。經過執行tune2fs命令和修改/etc/fstab文件，
你可以很簡單的把Ext2升級到Ext3文件系統！一樣，在關掉Ext3日誌的狀況下，Ext3可以做爲Ext2文件系統進行掛載。
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Ext3支持3種日誌模式:

1. 日誌（journal） 經過記錄文件數據和元數據，這個模式提供了最高的數據一致性。它的
性能消耗也是最大的。
2. 有序（ordered） 該模式下只記錄元數據。然而，優先保證寫入文件數據！
3. 回寫（writeback） 這個日誌選項提供最快的數據訪問能力，可是犧牲了數據的一致性！
保證數據一致性的元數據也會被記錄，可是沒有處理肯定的文件數據，在系統崩潰的時
候，這可能致使舊的數據出如今文件中。
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• 4.3 Ext4

EXT4是第四代擴展文件系統（英語：Fourth extended filesystem，縮寫爲ext4）是Linux系統下的日誌文件系統，是ext3文件系統的後繼版本。

目前的不少Linux發現版本用的都是ext4文件系統，關於ext4文件系統的介紹和特性參考百度百科：

Ext4文件系統

• 4.4 xfS

擴展文件系統（eXtended File System，XFS）是一個高性能日誌文件系統，支持超大文件和分區。Redhat已經其開源版本Centos7用的正是xfs文件系統。關於xfs文件系統的介紹和特性參考百度百科：

xfs文件系統

5、如何查看當前分區使用的文件系統？

1. df -T

   

2. parted -l

3. dumpe2fs：查詢Ext 家族superblock 資訊的指令

6、下一節是？？？

談完Linux的文件系統，下一節將會談一下Linux的磁盤I/O子系統