文件系统和崩溃一致性

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VSFS

文件系统：纯软件。VSFS（Very Simple File System）。一个简单的实现如下：

大致磁盘结构：

S：超级块，包含 inode 的数目和数据块数目，inode 表开始位置等等。

i，d：位图，表示占用还是空闲。

I：inode 表。存放文件信息，如是否可以读、写、执行，拥有者，大小、访问时间、磁盘指针…

D：数据区域。

多级索引：文件太大的话磁盘指针不够用，可以用一个磁盘指针指向一个间接块，继续存放磁盘指针。

局部性和快速文件系统

第一个 UNIX 文件系统：

inode 包含指向空闲列表块的头部的指针。

很多东西都是一步步迭代的，刚开始就是勉强能用，性能不是首要关注点，然后再慢慢改进。

碎片问题：

原始块太小，定位开销。

FFS：更改磁盘结构，分组，称为柱面组。在每个组分配文件和目录，每个组有超级块的一个副本。相关文件放在同一个组中。

局部性：大量的文件访问是相同的文件或同一目录的文件。

大文件：一个组放一部分，防止占用过多影响相关文件。

子块：4KB块可能导致磁盘浪费，可以分成更小的子块。子块满了再分配一个子块，缓冲写入（如4KB块缓冲写入，避免子块特殊情况）。

优化磁盘布局：防止读完0刚发请求读1的时候1转跑了。如下图只是一种方案，FFS更智能。

崩溃一致性：FSCK和日志

crash consistency problem

写到一半崩了怎么办？如要写 inode，更新位图，写入数据，崩了可能导致数据不一致。

文件系统检查程序

无法解决的问题：文件系统看起来一致，但是 inode 指向垃圾数据。

fsck 在文件系统挂载并可用之前进行。

全部扫描，检查 inode，位图和磁盘指针，有效，但浪费。

预写日志

带有日志的 ext3 文件系统如下所示：

操作顺序：

• 日志写入，将事务（事务开始块，要写入的数据和元数据，事务结束块）写入日志。
• 加检查点：写入元数据和数据更新。

防止日志写入时崩溃可以：等待事务开始和数据、元数据写入了再写事务结束块，或者加上校验和。

批处理日志更新：先修改内存中数据，超时一段时间后写入磁盘时提交事务，避免大量磁盘写入流量。

日志写入可以选择不写入具体的数据，前提是在事务提交之前数据已经写好，也就是 inode 不能指向无效数据。

inode, 位图，数据块。