1.通用文件模型及VFS结构-基础

1.通用文件模型及VFS结构-基础

一、reiserFS(新型文件系统)

特点
1.采用完全平衡树来容纳数据
ReiserFS是基于平衡树(STree)的文件系统结构,尤其对于大量文件的巨型文件系统,如服务器上的文件系统,搜索速度要比ext2快;ext2使用局部的二分查找法,综合性能比不上ReiserFS。
2.先进的日志机制
日志机制保证了在每个实际数据修改之前,相应的日志已经写入硬盘。文件与数据的安全性有了很大提高。
3.高效的磁盘利用率
Reiserfs对一些小文件不分配inode。而是将这些文件打包,存放在同一个磁盘分块中。
4.独特的搜寻方式
基于快速平衡树
5.支持海量磁盘
6.空间利用与动态分配
ReiserFS里的目录是完全动态分配的,因此不存在ext2中常见的无法回收巨型目录占用的磁盘空间的情况。

二、Ext4文件系统(linux下的日志式的文件系统)

Ext4是Ext3的后续版本。
特点
1.支持更大的文件系统和更大的文件
Ext3文件系统最多只能支持32TB的文件系统和2TB的文件。
2.更多的子目录数量
Ext3目前只支持32000个子目录,而Ext4取消了这一限制,理论上支持无限数量的子目录。
3.更多的块和i-节点数量
Ext3文件系统使用32位空间记录块数量和i-节点数量,而Ext4文件系统将它们扩充到64位。(i节点不仅包含了文件数据存储区的地址,还包含了很多信息,比如数据大小,等等文件信息)
4.多块分配
当数据写入到Ext3文件系统中时,Ext3的数据块分配器每次只能分配一个4KB的块,如果写一个100MB的文件就要调用25600次数据块分配器,而Ext4的多块分配器“Multiblock Allocator(MBAlloc)”支持一次调用分配多个数据块
5.持久性预分配
如果一个应用程序需要在实际使用磁盘空间之前对它进行分配,大部分文件系统都是通过向未使用的磁盘空间写入0来实现分配,比如P2P软件。为了保证下载文件有足够的空间存放,常常会预先创建一个与所下载文件大小相同的空文件,以免未来的数小时或数天之内磁盘空间不足导致下载失败。而Ext4在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API,比应用软件自己实现更有效率。
6.延迟分配
Ext3的数据块分配策略是尽快分配,而Ext4的策略是尽可能地延迟分配,直到文件在缓冲中写完才开始分配数据块并写入磁盘,这样就能优化整个文件的数据块分配,显著提升性能。
7.盘区结构
Ext3文件系统采用间接映射地址,当操作大文件时,效率极其低下。例如,一个100MB大小的文件,在Ext3中要建立25600个数据块(以每个数据块大小为4KB为例)的映射表;而Ext4引入了盘区概念,每个盘区为一组连续的数据块,上述文件可以通过盘区的方式表示为“该文件数据保存在接下来的25600个数据块中”,提高了访问效率。
8.新的i-节点结构
Ext4支持更大的i-节点。之前的Ext3默认的i-节点大小128字节,Ext4为了在i-节点中容纳更多的扩展属性,默认i-节点大小为256字节。另外,Ext4还支持快速扩展属性和i-节点保留。
9.日志校验功能
日志是文件系统最常用的结构,日志也很容易损坏,而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。Ext4给日志数据添加了校验功能,日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏。而且Ext4将Ext3的两阶段日志机制合并成一个阶段,在增加安全性的同时提高了性能.
10.支持“无日志”模式
日志总归会占用一些开销。Ext4允许关闭日志,以便某些有特殊需求的用户可以借此提升性能。
11.默认启用Barrier
12.在线碎片整理
尽管延迟分配、多块分配和盘区功能可以有效减少文件的碎片,但碎片还是不可避免会产生。Ext4支持在线碎片整理,并将提供e4defrag工具进行个别文件或整个文件系统的碎片整理。
13.支持快速fsck
以前的文件系统版本执行fsck时很慢,因为它要检查所有的i-节点,而Ext4给每个块组的i-节点表中都添加了一份未使用i-节点的列表,所以Ext4文件系统做一致性检查时就可以跳过它们而只去检查哪些在使用的i-节点,从而提高了速度。
14.支持纳秒级时间戳

三、XFS(高性能的日志文件系统)

XfS文件系统是SGI开发的高级日志文件系统
特点
1.数据完全性
采用XFS文件系统,当意想不到的宕机发生后,首先,由于文件系统开启了日志功能,所以你磁盘上的文件不再会意外宕机而遭到破坏了。不论目前文件系统上存储的文件与数据有多少,文件系统都可以根据所记录的日志在很短的时间内迅速恢复磁盘文件内容。
2.传输特性
XFS文件系统采用优化算法,日志记录对整体文件操作影响非常小。XFS查询与分配存储空间非常快。xfs文件系统能连续提供快速的反应时间。
3.可扩展性
XFS 是一个全64-bit的文件系统,它可以支持上百万T字节的存储空间。
XFS使用高的表结构(B+树),保证了文件系统可以快速搜索与快速空间分配。XFS能够持续提供高速操作,文件系统的性能不受目录中目录及文件数量的限制
4.传输带宽
XFS 能以接近裸设备I/O的性能存储数据。在单个文件系统的测试中,其吞吐量最高可达7GB每秒,对单个文件的读写操作,其吞吐量可达4GB每秒。

四、文件系统类型一般分为3种

1.基于磁盘的文件系统
2.虚拟文件系统
3.网络文件系统
内核处理文件的关键是inode,每个文件(和目录)都有且只有一个对应的inode,其中包含元数据(如访问权限、上次修改时间和日期等等)和指向文件数据的指针。

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