【鸿蒙南向开发】OpenHarmony littlefs文件系统存储结构与IO性能优化分析

引言

随着科技的发展和网络技术的进步，计算机存储空间愈加紧张，存储空间对文件系统的功能需求越来越大，大规模的数据增长为文件存储、非结构化数据存储提出了新的挑战。

对于许多物联网设备而言，拥有一个小型且具有弹性的文件系统至关重要，littlefs文件系统应运而生。littlefs文件系统在2017年由Christopher Haster开发，遵循Apache 2.0协议，被应用在ARM的IoT设备Mbed操作系统。littlefs文件系统能够让嵌入式系统在ROM和RAM资源有限的情况下，还具备文件系统基本的掉电恢复、磨损均衡的功能。

littlefs是一种极简的嵌入式文件系统，适配于norflash，它所采用的文件系统结构与运行机制，使得文件系统的存储结构更加紧凑，运行中对RAM的消耗更小。它的设计策略采用了与传统“使用空间换时间”完全相反的“使用时间换空间”的策略，虽然它极大地压缩了文件系统存储空间，但是运行时也增加了RAM的消耗，不可避免地带来了随机读写时IO性能的降低。

目前，OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony”） liteos_m内核采用了littlefs作为默认的文件系统。本文着重介绍了littlefs文件系统的存储结构，并根据对读写过程的分析，解析引起littlefs文件系统随机读写IO性能瓶颈的根本原因，然后提出一些提升littlefs随机读写IO性能优化策略。

littlefs文件系统结构

文件系统存储结构信息基本以SuperBlock为开端，然后寻找到文件系统根节点，再根据根节点，逐步拓展成一个文件系统树形结构体。littlefs也与此类似，以SuperBlock和根目录为起点，构建了一个树形存储结构。不同的是littlefs的根（“/”）直接附加在SuperBlock之后，与其共享元数据对（metadata pair）。littlefs中目录或者文件都是以该根节点为起点，构建了与其他文件系统类似的树形结构。

littlefs文件系统树形存储结构如下：

图1 littlefs文件系统树形存储结构示意图如图1所示，存储littlefs文件系统元数据的结构为元数据对，即两个相互轮转、互为表里的Block。存储SuperBlock的元数据对固定存储在block 0和block 1，并且文件系统根目录附加在SuperBlock的尾部，与SuperBlock共享元数据对。元数据的存储是以