Linux日志型文件系統(tǒng)的研究及其性能優(yōu)化.pdf

1、Linux支持眾多文件系統(tǒng)，Ext2文件系統(tǒng)是最廣泛采用的非日志型文件系統(tǒng)。但在日常使用中，斷電故障或系統(tǒng)崩潰這樣不可預(yù)測的事件可能導(dǎo)致文件系統(tǒng)處于不一致狀態(tài)，為克服這一問題而采用e2fsck將對整個(gè)磁盤進(jìn)行全面徹底地檢查和修復(fù)，保證了文件系統(tǒng)的可用性。 但是隨著磁盤容量越來越大，這種檢查和修復(fù)變得越來越耗時(shí)費(fèi)事。于是Ext2引入了日志塊設(shè)備層(JBD)。而以日志為基礎(chǔ)的修復(fù)磁盤的代價(jià)，相對于對整個(gè)磁盤進(jìn)行檢查修復(fù)，是微乎其微的

2、。這樣Ext3大大減少了文件系統(tǒng)遇到不可預(yù)測的事件時(shí)用于恢復(fù)文件系統(tǒng)一致性所需要的時(shí)間。 但本文經(jīng)研究測試發(fā)現(xiàn)，在嵌入式平臺這樣頻繁斷電或系統(tǒng)崩潰一些惡劣的工作條件下，Ext3文件系統(tǒng)也表現(xiàn)出了一些問題。如對以Ext3格式存儲在磁盤上的文件進(jìn)行正常的文件操作過程中若是出現(xiàn)了斷電或是系統(tǒng)崩潰之類的情況，經(jīng)e2fsck根據(jù)日志對文件進(jìn)行檢查修復(fù)之后，文件還是存在著丟失、不完整等問題。隨著這些錯(cuò)誤的累加，文件系統(tǒng)中的文件將越來越容易出

3、現(xiàn)這些問題，出錯(cuò)率明顯上升，導(dǎo)致最后唯一解決的辦法就是將磁盤進(jìn)行格式化，造成所有數(shù)據(jù)文件的丟失。這些問題嚴(yán)重地?fù)p害了Ext3文件系統(tǒng)對文件的保護(hù)性，危及到了Ext3文件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 針對上述這種情況，本文從Linux操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)模塊出發(fā)，在眾多文件系統(tǒng)中仔細(xì)研究了Ext2和Ext3特有的極其相似的磁盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，及其大同小異的文件操作流程。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合JBD層和Ext3文件系統(tǒng)交互的三個(gè)基本單位：句柄、事務(wù)

4、、日志，研究了JBD層應(yīng)對日志所有情況的三種不同反應(yīng)，所有的情況均可退化到這三種情況當(dāng)中去。進(jìn)一步劃分了JBD層工作的重要流程和核心操作：提交操作和檢查點(diǎn)操作，在考察了JBD原有算法的基礎(chǔ)上，認(rèn)為理論上十分完善的JBD機(jī)制實(shí)際仍然無法保證存儲于磁盤上的日志免受磁盤故障的損害，追究其內(nèi)部機(jī)制可以發(fā)現(xiàn)，這是由兩個(gè)原因引起的，一是與文件系統(tǒng)同在一個(gè)磁盤上的日志同樣受到磁盤故障的困擾，也容易被損壞，二是為提高效率而采用的異步緩沖寫入機(jī)制使得日志

5、的事務(wù)在內(nèi)存中停留的時(shí)間過長，更加容易受到斷電等故障的損害。 因此，作為一切修復(fù)依據(jù)的日志成為了保護(hù)的重點(diǎn)對象。如何盡量縮短日志在內(nèi)存中停留時(shí)間，成為了本文研究的重點(diǎn)。 在認(rèn)真考察內(nèi)核文件系統(tǒng)部分和日志塊設(shè)備層部分的代碼和重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文對內(nèi)核中原有算法進(jìn)行了針對性的改進(jìn)，采用了同步寫入的策略代替原有的異步緩沖機(jī)制，在不影響內(nèi)核原有功能的基礎(chǔ)上，試圖提高文件系統(tǒng)應(yīng)對頻繁斷電或系統(tǒng)崩潰等突發(fā)事件的能力。