（3）Linux性能调优之Linux文件系统

1、前言

前面咱们谈了Linux的进程管理和内存体系：

（1）Linux性能调优之Linux进程管理

（2）Linux性能调优之Linux内存体系

这一节咱们将谈下Linux的文件系统

2、概览

Linux做为开源操做系统，最大的优点是它能够支持各种文件系统。现代的Linux内核可以支持几乎每种文件系统，从基础的FAT到高性能的日志文件系统（JFS）都能能够。

由于目前Linux的发行版本中，Readhat系（开源版本是Centos）和debian系（你们熟知的Ubuntu）比较流行，因此后面会重点介绍下Readhat系用的xfs文件系统和ext4文件系统。

3、虚拟文件系统

虚拟文件系统（VFS）是一个处于用户进程和各种文件系统之间的抽象接口层，VFS提供访问文件系统对象的通用对象模型（例如，i-node、文件对象、页缓存、）和方法，它对用户进程隐藏了各类文件系统的差异。正是由于有VFS，因此用户进程不用关心使用的是那种文件系统，也更不须要知道各个文件系统应该使用哪一个系统调用。下图显示了VFS的概况：

在开始介绍各个文件系统前，先介绍一个概念：日志

在非日志文件系统上，当执行写操做时，内核先修改文件系统的元数据，而后写入实际的用户数据。这个操做可能会丢失数据的完整性。若是在写入文件系统元数据的时候系统忽然崩溃，文件系统的一致性就可能被破坏。fsck会在下次启动时检查全部的元数据，并修复文件系统上的不一致，可是若是卷特别大的时候，这个修复过程就会变得很漫长，只能干等着fsck工做完以后才能使用这系统。

日志文件系统解决了这个问题，在写入实际的文件系统以前，他先把要修改的数据写入一个叫作日志区域（journal area）的地方。日志区域能够在文件系统上，也能够不在文件系统上。写入日志区域的数据叫作日志记录（joutnal log）。若是系统支持的话，它内容包括文件系统元数据和真正的文件数据。

由于在写入真正用户数据以前要写记录日志，和非日志文件系统相比会产生性能开销。维护数据高度一致性所牺牲的性能开销大小，取决于在写入用户数据以前要写入多少信息到磁盘上。

4、常见的文件系统

• 4.1 Ext2

Ext2是一个简单和快速的文件系统，没有日志功能。下图展现了Ext2的文件系统数据结构：

文件系统由一个引导扇区（boot sector）开始，后面跟着块组（block groups）。整个文件系统被分红许多小块组来得到高性能，由于i-node表和保存用户数据的数据块驻留在较前的磁盘，因此节约寻址时间。一个块组包含以下项目：

+ 超级块（Super block） 磁盘上信息存放在这里，超级块的副本保存在每一个块组的顶部。
+ 块组描述符（Block group descriptor） 块组的信息存在这里
+ 数据块位图（Data block bitmaps） 空闲块管理
+ i-node位图（i-node bitmaps） 空闲i-node管理
+ i-node表（i-node tables） 存放i-node表。每一个文件都有相应的i-node表，存放文件的元数据，譬如文件
模式、uid、gid、atime、ctime、mtime、dtime和数据块的指针。
+ 数据块（Data blocks） 存放真正的用户数据。
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如何访问数据？

为了找到组成文件的数据块，内核首先搜索文件的i-node。在接到进程打开/var/log/messages 文件的请求时，内核分析文件路径，而后搜索/（根目录）的条目，其中包含了它本身目录下 的文件和目录信息。这时候，内核会找到/var目录的i-node，而后再来看看/var目录，它也有 它本身目录下的文件和目录的信息。内核会一直执行上面的过程，直到找到/var/log/messages文件的i-node。Linux内核使用对象缓存，好比目录条目缓存或者i-node缓存来加速寻找i-node的过程。

一旦内核找到了文件的i-node，而后就试着访问真正的用户数据块。如前面解释的那样，inode有数据块的指针。参照它，内核就能得到数据块了。对于大文件来讲，Ext2提供到数据块的直接/非直接参照。下图展现了它是如何工做的：

• 4.2 Ext3

Ext3和Ext2的基本结构是类似的，主要区别是Ext3支持日志。Ext3有以下亮点：

1.可用性： Ext3采用一致性的方式把数据写入磁盘，因此，当系统出现意外宕机（断电或者系统崩溃），
服务器再次启动时不用检查数据的一致性。能够把系统恢复时间从几小时缩短到几秒钟！
2.数据完整性： 在mount命令中使用data=journal打开日志记录模式，全部的数据，包括文件和元数据都会记录日志！
3.速度： 经过指定日志模式data=writeback，你能够在你的业务场景下，在速度和完整性之间作权衡。
在有大量同步写的时候，这个效果会十分显著。
4.灵活性： 把现有的Ext2很简单就能升级到Ext3，并且不用从新格式化。经过执行tune2fs命令和修改/etc/fstab文件，
你可以很简单的把Ext2升级到Ext3文件系统！一样，在关掉Ext3日志的状况下，Ext3可以做为Ext2文件系统进行挂载。
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Ext3支持3种日志模式:

1. 日志（journal） 经过记录文件数据和元数据，这个模式提供了最高的数据一致性。它的
性能消耗也是最大的。
2. 有序（ordered） 该模式下只记录元数据。然而，优先保证写入文件数据！
3. 回写（writeback） 这个日志选项提供最快的数据访问能力，可是牺牲了数据的一致性！
保证数据一致性的元数据也会被记录，可是没有处理肯定的文件数据，在系统崩溃的时
候，这可能致使旧的数据出如今文件中。
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• 4.3 Ext4

EXT4是第四代扩展文件系统（英语：Fourth extended filesystem，缩写为ext4）是Linux系统下的日志文件系统，是ext3文件系统的后继版本。

目前的不少Linux发现版本用的都是ext4文件系统，关于ext4文件系统的介绍和特性参考百度百科：

Ext4文件系统

• 4.4 xfS

扩展文件系统（eXtended File System，XFS）是一个高性能日志文件系统，支持超大文件和分区。Redhat已经其开源版本Centos7用的正是xfs文件系统。关于xfs文件系统的介绍和特性参考百度百科：

xfs文件系统

5、如何查看当前分区使用的文件系统？

1. df -T

   

2. parted -l

3. dumpe2fs：查询Ext 家族superblock 资讯的指令

6、下一节是？？？

谈完Linux的文件系统，下一节将会谈一下Linux的磁盘I/O子系统