Linux性能优化实战 23：文件系统

一、知识点(只背这)

1.  文件系统，是对文件进行组织管理的机制。它抽象了一层虚拟文件系统（VFS），对所有文件系统(Ext4、XFS等)做了 数据结构和接口 的统一抽象。 进程可以使用统一的接口进行交互。

2.  在 Linux 中一切皆文件。不仅普通的文件和目录，就连套接字、管道，也是通过统一的文件系统来管理。

3. Linux 为每个文件分配两个数据结构，索引节点 (记录文件的元数据)和 目录项 (记录文件的目录信息)。

4. 索引节点缓存在磁盘缓存Buffer中，存储在硬盘的索引节点区。

    目录项缓存在页缓存Cache中，纯粹是缓存。

5. 磁盘在执行文件系统格式化时，会被分成三个存储区域，超级块、索引节点区和数据块区。

    数据块区保存文件数据，索引节点区保存文件索引节点。

6. 如果小文件过多的话，会出现数据块区有剩余空间，但索引节点区剩余空间不足的问题。需要压缩或删除小文件。

7. 文件系统通过使用 目录项和索引节点的缓存数据，来降低 慢速磁盘读写 对应用程序的影响。

二、索引节点和目录项

Linux 文件系统为每个文件都分配两个数据结构，索引节点 和 目录项。

1. 索引节点：简称为 inode，用来记录文件的元数据，比如 inode 编号、文件大小、访问权限、修改日期、数据的位置等。

                      索引节点同样占用磁盘空间。

2. 目录项：记录文件的名字、索引节点指针以及与其他目录项的关联关系。

                   多个关联的目录项，就构成了文件系统的目录结构。

                   由内核维护的一个内存数据结构，也被叫做目录项缓存。

3. 每个文件只有一个索引节点，但可以有多个目录项。(例如硬链接)

4. 索引节点是存储在磁盘中的数据，目录项是一个内存缓存，加速文件的访问。

5. 磁盘在执行格式化时，会被分成三个存储区域，超级块、索引节点区和数据块区。

6. 图示：

三、虚拟文件系统

1. 为了支持各种不同的文件系统，Linux 内核在用户进程和文件系统的中间，引入了一个抽象层，也就是虚拟文件系统 VFS。

2. 示意图：

四、文件系统 I/O

1.  VFS 提供了标准的文件访问接口，提供给应用程序使用。

     就cat命令来说，它依次调用了open()，read()，write() 三个接口。 (write把文件内容输出到标准输出中)

2. 文件读写方式 分四类：

(1) 缓冲与非缓冲 I/O：

     标准库内部实现的缓存。程序遇到换行时才真正输出，而换行前的内容被标准库缓存了起来。

(2) 直接与非直接 I/O：

     直接 I/O：跳过操作系统的页缓存，直接跟文件系统交互来访问文件。

     非直接 I/O：先经过系统的页缓存，然后再由内核或额外的系统调用，真正写入磁盘。

(3) 阻塞与非阻塞 I/O：

     阻塞 I/O：应用程序执行 I/O 操作后，如果没有获得响应，就会阻塞当前进程。

     非阻塞 I/O：不会阻塞。随后再通过轮询或者事件通知的形式，获取调用的结果。

     注意：描述的主体是应用程序。

(4) 同步与异步 I/O：

     同步 I/O：应用程序执行 I/O 操作后，要一直等到整个 I/O 完成后，才能获得 I/O 响应。(系统给它响应)

     异步 I/O，应用程序执行 I/O 操作后，不用等待整个 I/O 完成，可以继续执行下面的程序。等到这次 I/O 完成后，响应会用事                      件通知的方式，告诉应用程序。(系统给它响应)

     注意：描述的主体是系统。

五、磁盘容量和索引节点容量

1. 查看磁盘容量  df -h

2. 查看索引节点容量  df -i

3. 当发现索引节点空间不足，但磁盘空间充足时，很可能就是过多小文件导致的。

    删除这些小文件，或者移动到索引节点充足的其他磁盘中，就可以解决这个问题。

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