VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析

最新推荐文章于 2024-11-11 09:52:59 发布
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#Cache #Linux

本文深入分析了Linux 2.4.0内核中虚拟文件系统(VFS)的缓冲区缓存(BufferCache)实现原理，旨在帮助读者理解其内部运作机制。
本文主要从内核实现的角度分析Linux 2.4.0内核虚拟文件系统（VFS）中的缓冲区缓存（Buffer Cache）的实现原理。本文是为那些想要深入分析Linux文件系统原理的读者而写的。1428005.aspx
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Linux内核分析(八)--用户/内核缓冲区及磁盘高速缓存
文艺小少年的博客
11-08 640
本章接着上章讲的磁盘阵列，来介绍一下内核中各种缓冲区机制以及高速磁盘缓存
页高速缓存（page cache学习）
qq_22613757的博客
11-29 3365
最近要接触相关领域，学习一下共勉！！本文档使用linux为linux-4.4.4版本 磁盘高速缓存：是一种软件机制，它允许系统把通常存放在磁盘上的一些数据保留在RAM中，以便对那些数据的进一步访问不用再访问磁盘而能尽快得到满足。 一种对完整的数据页进行操作的磁盘高速缓存。 几乎所有的文件读和写操作都依赖于页高速缓存。只有在O_DIRECT标志被置位而进程打开文件的情况下才会出现例外：此时，IO数...
VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析Ⅰ
嵌入式系统,linux,存储
10-13 2948
VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析 （By 詹荣开） Copyright © 2002 by 詹荣开 E-mail:zhanrk@sohu.com Linux-2.4.0 Version 1.0.0，2002-9-16 摘要：本文主要从内核实现的角度分析Linux 2.4.0内核虚拟文件系统（VFS）中的缓冲区缓存（Buffer Cache）的实现原理。本文是为那些想
VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析(1)
philosper的专栏
12-03 1608
Copyright © 2002 by 詹荣开 E-mail:zhanrk@sohu.com Linux-2.4.0 Version 1.0.0，2002-9-16  摘要：本文主要从内核实现的角度分析Linux 2.4.0内核虚拟文件系统（VFS）中的缓冲区缓存（Buffer Cache）的实现原理。本文是为那些想要深入分析Linux文件系统原理的读者而写的。 关键词：文件系统
VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析(2)
philosper的专栏
12-03 1831
Chapter 3 对缓冲区的操作 Bcache机制中对缓冲区本身的操作函数主要可以分为以下几类： 1. 缓冲区的分配：也即如何从Buddy分配器中分配空闲缓冲区的内存。 2. 缓冲区的访问接口getblk/brelse。 3. 数据块读接口bread。 4. 如何同步一个inode对象的i_dirty_buffers链表中的脏缓冲区。 5. 缓冲区同步机制。 本章将讨论前4类操作。缓冲区同步机制
块缓冲区和缓冲区首部buffer_head
Blue summer的博客
05-20 1901
注：本文分析基于linux-4.18.0-193.14.2.el8_2内核版本，即CentOS 8.2 1 buffer_head 2 struct buffer_head主要成员变量 在这里插入代码片 3 创建buffer_head 4 删除buffer_head 5 结构关系
Linux内核缓冲区管理
07-26
本文将深入探讨Linux内核缓冲区管理的原理、设计和实现，以及它对系统性能的影响。 首先，理解缓冲区（Buffer）的基本概念至关重要。在计算机系统中，缓冲区是一种临时存储区域，用于存放数据，以便在不同速度的...
LinuxVFS文件系统缓存
stonesharp的专栏
12-15 4139
一： 什么是文件系统，详见：http://zh.wikipedia.org/zh/%E6%96%87%E4%BB%B6%E7%B3%BB%E7%BB%9F 其实一句话就是管理这块文件的机制(组织方式，数据结构之类...) Linux系统中存在很多的文件系统，例如常见的ext2,ext3,ext4,sysfs,rootfs,proc...很多很多。。。我们知道每个文件系统是独立的，
linux vfs cache,VFS 缓冲区缓存Buffer Cache实现原理剖析 续
weixin_42296571的博客
05-25 374
由于BUF_DIRTY链表是一个双向循环链表for (i = nr_buffers_type[BUF_DIRTY]*2 ; i-- > 0 ; bh = next) {next = bh->b_next_free;if (!lru_list[BUF_DIRTY])break;if (dev && bh->b_dev != dev)continue;if (buff...
VFS目录项读取和缓存
kgn28的专栏
12-30 2945
在VFS中，文件的inode是通过dentry索引的，只有知道一个文件名（比如：/usr/src/perl）所对应的dentry对象，才能找到inode并最终读取文件在磁盘中的数据页。典型文件系统ext2/txt3中目录项内容存储在普通文件中，为了
深入理解linux内核读书笔记 -- 虚拟文件系统 -- vfs的作用(vfs介绍,支持的文件系统,虚拟块设备,通用文件模型,磁盘高速缓存介绍+类型+与其他高速缓存的区别)
m0_74206992的博客
04-09 1481
深入理解linux内核读书笔记 -- 虚拟文件系统 -- vfs的作用(vfs介绍,支持的文件系统,虚拟块设备,通用文件模型,磁盘高速缓存介绍+类型+与其他高速缓存的区别)
深入理解Linux内核中的虚拟文件系统（VFS）
Linux内核研究者
11-11 3170
在这篇教程中，我们深入探讨了Linux内核中的虚拟文件系统（VFS）。VFS作为抽象层，为不同类型的文件系统提供统一接口，使上层应用可以使用相同API访问文件。我们介绍了VFS的基本概念、关键数据结构（如`super_block`、`inode`、`dentry`和`file`）、VFS的回调函数与操作接口（如`file_operations`、`inode_operations`和`super_operations`），以及一个文件系统在VFS中的注册与使用流程。希望这些内容能帮助你更好地理解和应用VFS
linux设置vfs缓存大小,[LINUX]VFS高速缓存的实现方式
weixin_33335851的博客
05-13 466
①磁盘的存储方式：(这里的磁盘理解为驱动程序的模拟)，磁盘类似块存储的方式，一个文件可能分为非常多的块来存储，每个块并不大，可能就4k个字节等，即一个文件最终被存储在多个块上，而上层通过索引节点inode来记录对于块的索引(一个inode对应于一个或者多个同样内容的文件路径)，而一个inode对下对应了多个块的信息。inode之上就某个文件系统超级块(包含了该文件系统的详细信息，即inode是相对...
VFS结点
Fybon的专栏
08-08 572
vfs
Linux页缓存、LinuxVFS中文件打开、读、写底层逻辑
喜欢打篮球的普通人
03-30 1980
文章目录一、页缓存二、LinuxVFS之文件打开、读、写逻辑 一、页缓存 二、LinuxVFS之文件打开、读、写逻辑 参考：一文看懂 | 什么是页缓存（Page Cache）、Linux虚拟文件系统剖析： 文件打开、读、写逻辑 ...
LINUX中内存缓存占比优化参考
有莘不破的博客
01-22 2092
LINUX中查看内存缓存cache占用高怎么办，可以这样尝试一下
Linux 操作系统设计原理与实现技术分析 （文件管理
最新发布
06-26
### 文件系统的统一管理与抽象机制 Linux 文件系统的设计核心在于通过统一的接口来管理各类存储设备和文件类型，其核心模块负责存取和管理信息资源，采用统一的方法管理用户信息和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并提供一整套行之有效的文件使用及操作方法[^1]。这种设计使得不同类型的物理存储介质在用户空间呈现一致的访问方式。 Linux 的虚拟文件系统（VFS）是实现这一目标的关键技术之一。VFS 层次结构隐藏了底层硬件差异，为上层应用提供了统一的文件访问接口。它不仅支持本地磁盘文件系统，还能兼容网络文件系统（如 NFS）、特殊文件系统（如 proc 和 sysfs），以及虚拟内存文件系统（tmpfs）。这种抽象机制使得应用程序无需关心具体文件系统的实现细节，只需调用标准的 `open()`、`read()`、`write()` 等系统调用来完成文件操作。 ### 文件控制块与索引节点的设计 为了实现高效的文件管理，Linux 将文件控制块（FCB）拆解为两个部分：目录项（dentry）和索引节点（inode）[^1]。目录项用于维护文件名与 inode 之间的映射关系，而 inode 则保存了文件的元数据（如权限、大小、时间戳等）以及指向数据块的指针。这种分离设计提高了文件查找效率并减少了重复访问磁盘的开销。 每个 inode 节点对应一个唯一的文件标识符，多个硬链接可以指向同一个 inode，从而实现多路径访问同一文件的功能。此外，符号链接则是一种特殊的文件类型，其内容是一个字符串形式的路径名，指向另一个文件或目录。 ### 文件系统的操作接口与函数结构 Linux 提供了丰富的文件系统操作接口，主要通过 `file_operations` 和 `inode_operations` 两个结构体来定义[^3]。`file_operations` 包含了对打开文件进行读写、定位、刷新缓存等操作的函数指针，例如 `read()`、`write()`、`llseek()` 等；而 `inode_operations` 则处理文件和目录布局相关的操作，如创建、删除、重命名、查找等。 ```c // 示例：简单的 file_operations 定义 struct file_operations fops = { .read = device_read, .write = device_write, .open = device_open, .release = device_release, }; ``` 上述代码展示了如何定义一个字符设备的文件操作集。当用户调用 `open()` 或 `read()` 时，内核会根据文件描述符找到对应的 `file_operations` 并执行相应的函数。 ### 文件系统的挂载与卸载机制 Linux 支持多种文件系统的动态加载与卸载。挂载操作将某个文件系统附加到全局命名空间中的特定位置（挂载点），使该文件系统的内容可以通过该路径访问。挂载过程涉及文件系统类型识别、超级块读取、根目录设置等步骤。 超级块（super block）是文件系统的核心数据结构之一，记录了整个文件系统的总体信息，如总块数、空闲块数量、根目录的位置等。每个挂载的文件系统都有一个对应的超级块实例，由 VFS 统一管理。 卸载操作则是将已挂载的文件系统从命名空间中移除，前提是该文件系统未被任何进程使用。卸载过程中会释放相关资源，包括关闭所有打开的文件、回收内存缓冲区等。 ### 文件系统的缓存与同步策略 为了提高性能，Linux 引入了页缓存（page cache）和块缓存（buffer cache）机制。页缓存主要用于缓存文件的数据页，减少磁盘 I/O 操作；而块缓存则用于管理磁盘块级别的数据读写。 文件系统的同步操作由 `sync()`、`fsync()` 和 `fdatasync()` 等系统调用控制。这些调用确保内核中的脏数据（即尚未写入磁盘的数据）被及时刷新到持久化存储中，以防止数据丢失。日志文件系统（如 ext3/ext4）进一步增强了数据一致性保障，在崩溃恢复时能够快速回放日志内容，避免长时间的文件系统检查。 ### 文件系统的安全与权限控制 Linux 文件系统支持基于用户、组和其他（User, Group, Others）的权限模型。每个文件或目录都拥有一个所属用户（owner）和所属组（group），并通过三组权限位（读、写、执行）控制访问级别。权限设置可以通过 `chmod`、`chown` 等命令修改。 扩展属性（Extended Attributes, xattr）允许为文件添加额外的元数据，常用于实现访问控制列表（ACL）或安全标签（SELinux）。SELinux 是一种强制访问控制（MAC）机制，通过细粒度的安全策略限制程序的行为，增强系统的安全性。 ### 总结与展望 Linux 文件管理系统通过统一的虚拟文件系统接口、灵活的挂载机制、高效的缓存策略以及完善的权限控制体系，构建了一个高度可扩展且稳定的存储管理平台。未来的发展方向可能包括更智能的自动缓存优化算法、更强的加密文件系统支持，以及更高效的分布式文件系统集成。
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