老檔案系統的問題

• 老檔案系統：簡單的superblock + inode區 + data區

• 問題：效能不佳

  • 定位問題：老檔案系統將磁碟當作隨機存取記憶體，從而導致讀取一個檔案時可能會跨越很遠的磁碟距離（比如讀完檔案的inode後需要讀取data），花費大量時間尋道

  • 檔案系統會變得非常碎片化（因為沒有管理空閒空間）

    如下面的例子，訪問E檔案時，由於E2和E3不連續，故需要尋道

     

     

  • 原始塊太小（512B），導致資料傳輸低效

• 解決思路

  • 如何儘量減少讀寫檔案時的磁頭移動？（如何儘量把檔案存在一個連續的地方？）

  • 如何管理空閒記憶體？

  • 原始塊多大比較好？（太小的話雖然碎片問題會減少，但是會造成大量定位開銷；太大的話會浪費）

  • 解決的關鍵：磁碟意識（不要把磁碟想象成隨機儲存介質！磁碟就是磁碟）

• 下面介紹FFS系統（快速檔案系統）的改進思路

組織結構：柱面組

• 柱面組：FFS將磁碟劃分為一些分組，稱為柱面組，通常在一個柱面上

  • 每個組中都有超級塊（出於可靠性考慮）、ib、db、inode區、data區

  • 點陣圖可以很方便地找到一大塊連續的記憶體空間，可以避免某些碎片問題

• 如何分配檔案和目錄

  • 原理：相關的東西放一起（因為相關的東西通常會一起讀寫，故放在一起可以減少磁頭移動）

  • 目錄的放置：找到分配數量少的柱面組，放過去（跨組平衡目錄）

  • 檔案：inode和data放在一個組中，並且將同一目錄下的所有檔案放在同一個柱面組中

    • 原因：同一目錄下的檔案通常一起訪問，比如make的過程

  • 大檔案：例外！因為大檔案可能太大了放不下，同時大檔案放在一個柱面組裡可能會影響別的檔案的放置

    • 解決方法1：大檔案分成多個大塊，每個大塊放在不同的組中

      • 大塊的大小要足夠大，使得大部分時間仍然放在磁碟的資料傳輸上，而不是尋道上

    • FFS的做法：inode中的直接索引指向的直接塊和inode一起放在一個組中，間接塊和間接塊指向的所有塊放在單獨的組中

其他問題

• 內部碎片問題：4KB的塊很大，如果檔案特別小則會造成很大的浪費

  • 解決方法：引入子塊，子塊只有512B，如果檔案很小，則為其分配子塊儲存；如果檔案大小超過4K，再將子塊複製到一個完整的4K中並且釋放子塊

  • 引入子塊的問題：拷貝操作效率低下

    • 解決方法：子塊設定在緩衝中，以4K塊的形式傳送到檔案系統進行儲存

• 磁碟佈局問題：如果塊號按照順序排列，那麼讀取完一個塊以後，磁頭可能已經移到了下一個塊後面的位置，從而錯過下一個塊

  • 解決辦法：優化磁碟佈局，跳著排

     

     

• 硬連結問題：不能指向目錄（防止引入迴圈）

  • FFS的解決：引入符號連結的概念，相當於為其他檔案創造“別名”