【操作系统】【读书笔记】局部性和快速文件系统

老文件系统的问题

老文件系统：简单的superblock + inode区 + data区
问题：性能不佳
- 定位问题：老文件系统将磁盘当作随机存取内存，从而导致读取一个文件时可能会跨越很远的磁盘距离（比如读完文件的inode后需要读取data），花费大量时间寻道
- 文件系统会变得非常碎片化（因为没有管理空闲空间）
  
  如下面的例子，访问E文件时，由于E2和E3不连续，故需要寻道
- 原始块太小（512B），导致数据传输低效
解决思路
- 如何尽量减少读写文件时的磁头移动？（如何尽量把文件存在一个连续的地方？）
- 如何管理空闲内存？
- 原始块多大比较好？（太小的话虽然碎片问题会减少，但是会造成大量定位开销；太大的话会浪费）
- 解决的关键：磁盘意识（不要把磁盘想象成随机存储介质！磁盘就是磁盘）
下面介绍FFS系统（快速文件系统）的改进思路

柱面组：FFS将磁盘划分为一些分组，称为柱面组，通常在一个柱面上
- 每个组中都有超级块（出于可靠性考虑）、ib、db、inode区、data区
- 位图可以很方便地找到一大块连续的内存空间，可以避免某些碎片问题
如何分配文件和目录
- 原理：相关的东西放一起（因为相关的东西通常会一起读写，故放在一起可以减少磁头移动）
- 目录的放置：找到分配数量少的柱面组，放过去（跨组平衡目录）
- 文件：inode和data放在一个组中，并且将同一目录下的所有文件放在同一个柱面组中
  - 原因：同一目录下的文件通常一起访问，比如make的过程
- 大文件：例外！因为大文件可能太大了放不下，同时大文件放在一个柱面组里可能会影响别的文件的放置
  - 解决方法1：大文件分成多个大块，每个大块放在不同的组中
    - 大块的大小要足够大，使得大部分时间仍然放在磁盘的数据传输上，而不是寻道上
  - FFS的做法：inode中的直接索引指向的直接块和inode一起放在一个组中，间接块和间接块指向的所有块放在单独的组中

内部碎片问题：4KB的块很大，如果文件特别小则会造成很大的浪费
- 解决方法：引入子块，子块只有512B，如果文件很小，则为其分配子块存储；如果文件大小超过4K，再将子块复制到一个完整的4K中并且释放子块
- 引入子块的问题：拷贝操作效率低下
  - 解决方法：子块设置在缓冲中，以4K块的形式发送到文件系统进行存储
磁盘布局问题：如果块号按照顺序排列，那么读取完一个块以后，磁头可能已经移到了下一个块后面的位置，从而错过下一个块
- 解决办法：优化磁盘布局，跳着排
硬链接问题：不能指向目录（防止引入循环）
- FFS的解决：引入符号链接的概念，相当于为其他文件创造“别名”