上交os lec9 文件系统与存储
9.1 基于inode的文件系统
- 文件系统是一种对于磁盘的组织形式，
ext2存储布局由多个块组组成 - 一个inode表示一个文件
- 目录文件，目录项存储文件名到文件inode的映射
- 符号链接的内容就是路径
- 硬链接不是文件，而是在目录文件中多存一个目录项(dentry)
- 其他文件，比如字符/块设备文件
FIFO文件，一般文件的读写使用write和read接口，而SOCK文件用socket接口，也就是send与receive接口，这些特殊文件本身并不是用来保存数据，而是复用了文件读写的api，也就是通过文件的接口使用文件的功能 - 对于过大的文件，多级索引块仍然会占用很多内存，使用区段(Extent)优化，
- ChCore使用基数树存储常规文件内容？基数树应该是用来存储存储块索引的
只要有一个逻辑块设备，不需要磁盘，也能实现一个文件系统
目录文件，用文件名做hash
9.2 基于inode的文件系统的基本操作
- 查找
如果是符号链接，那么需要解析它
- 创建，先找到父目录，之后在父目录中创建目标文件，需要分配inode
- 打开和读写文件，open/read/close文件
- 使用mmap访问文件，可以像访问内存一样访问文件
mmap减少数据copy
可以使用madvice提供访问提示
9.3 基于Table的文件系统
- 基于table的文件系统，它会将数据分成若干个簇
- 一个文件的标识就是其第一个cluster的id
其之后的cluster，可以通过查询FAT表，FAT一般放在存储设备的最头上 
FAT目录项的组织形式，由于FAT中文件大小的字段是4个字节，也就是32个bit，那么一个文件最多4G大小
扩展FAT，一般需要对size(文件大小字段)做扩充；U盘用FAT，比较简单，由于U盘容易写坏掉，FAT没有额外写log；FAT在设计的时候没有考虑link；FAT随机读写慢是因为它像链表，需要遍历FAT表- exFAT支持更大的文件
- NTFS文件也是一种基于Table的文件系统
NTFS中的MFT中存储了所有文件和目录的元数据，那么每一个文件记录中记录了文件名，由于这是ms的文件系统，所以windows的everthing查找文件起来很快，但是mac/linux这种基于inode的文件系统就很慢
NTFS中小数据直接内嵌在NTFS中
9.4 虚拟文件系统(VFS)
- 由于存在很多种文件系统(NTFS/FAT),那么如何在一个系统中支持多个文件系统
需要对于磁盘分区，将不同的分区格式化为不同的文件系统 - VFS是一个中间层，对上提供POSIX API，对下对接不同文件系统驱动
- Linux中的文件系统VFS使用inode
VFS维护一个统一的文件系统树，其他文件系统会挂载在根文件系统上，比如这里文件系统1挂载到文件系统2(根文件系统)
- linux的虚拟文件系统定义了一些inode操作接口
ext2本身就是基于inode，那么其挂载就比较容易，但是FAT没有inode，如何挂载在VFS上
FAT驱动需要提供inode；内存中的inode由VFS提供 - VFS内存结构
- 内存中存在各种各样的cache(比如pagecache，icache，dcache)
- 存在很多不同的cache
- 那么linux(宏内核)的存储栈是
块抽象可以使得分布式的内存块作为一个文件系统，比如gfs，将文件系统分布在很多的机器上，而只是对用户提供接口
9.5 文件系统高级功能
- mac的APFS的clone是文件系统层面的复制，也就是复制元数据，其他层面的复制使用COW
- 对于文件系统做快照也是用COW
- 稀疏文件COW
- 其他高级功能，比如加密，压缩，去重，数据和元数据校验等
- git也算是一个文件系统，内容寻址的文件系统
git有三种对象
- FUSE用户态文件系统框架
FUSE接在VFS之上
9.6 崩溃一致性
- 文件的数据与元数据(比如inode)应该一致
- 文件的创建时，由于非原子化(分为三步)，所以可能会出错
- 崩溃的情况很多
- 设备有电池是否还需要考虑文件一致性？
- 崩溃一致性困难
- 离线检查是指将数据全部读出，在检查一遍，又全部写会去
在线恢复是指边运行边检查 - 文件系统应该保证DAO
9.7 日志
- 日志是实现崩溃一致性的一种方法
- 先写日志
- 日志的缺点是每次操作都要写磁盘，
可以异步写数据到磁盘中
批量处理日志
- 日志有两种提交方式：定期触发以及用户触发
- ext4用JBD2实现的三种日志模式
9.8 写时复制
- 写时复制是指在修改数据的时候，不直接修改数据，而是将数据直接复制一份，在复制之上进行修改，比如修改子树的时候，只需要最后修改指向子树的指针，就可以完成原子操作
- 运用写时复制构建文件系统
9.9 日志文件系统
文件系统的修改以日志的方式顺序写到存储设备中
创建file3
- 空间回收
- LFS假设大多数读请求可以通过内存缓存处理
9.10 新型文件系统： 闪存
- FLash友好的文件系统
- LFS与Flash很像
