Fast File System
不扯淡了,直接来写吧,一天一共要写三篇博客,还有两篇呢。
1. 这篇博客讲什么?
Fast File System(FFS)快速文件系统,基本思想已经在在上一篇博客File System Implementation 里面说明了,FFS是对VSFS的一种优化改进使其可以被实际使用。
2. FFS基于VSFS的改进思想是什么?
这个呢,VSFS在存储文件的时候,根本没有考虑磁盘的寻址时间,把磁盘当做了一种随机存储介质!事实上由于局域性原理的存在,依据局域性而对存储做相应改进是非常有助于性能提升的。FFS则正是看到了这一点,其改进是将磁盘划分为多个子区域(Cylinder Groups),存储文件的时候同一文件夹下的文件尽可能放在同一个Group。Cylinder Groups是FFS最大的改进来源。
3. FFS文件系统的实现
首先,FFS将磁盘划分为很多子区域,也就是很多个Cylinder Groups,如下图:
每个组内的结构跟VSFS基本一样,下图:
对于这里面的SuperBlock每个组都会有。文件存储 既然FFS号称利用局域性原理,那么具体是什么操作的呢?
- 对于文件夹,它会选择一个包含文件夹少而且剩余的空闲inode数目多的组来存储;
- 对于文件,它确保一个文件的inode和data是属于同一个组的;而且,将同一文件夹的文件尽量放在一个组,这里面的“尽量”是考虑到大文件可能需要被存在好几个组。
- 大文件 大文件是需要特殊处理的,因为否则的话因为组内空间被大文件大量占用,这就会使得很难实现“相关文件放一起”的那个使用局域性原理的设计。那么大文件就必须被“分割”为多块分别存储在各个组内,那么如何设定这个切割的大小呢,或者说大文件的每一块设置为多大。
这个需要一点计算。设置大文件切割大小核心在于,设置的太小了,那么读取它的时候影响效率(因为是需要额外寻址的,如果太小,这总的传输效率低)。假设磁盘的平均寻址时间是10ms,那么为了达到一半的传输效率,这意思是说磁盘真正用来传数据的时候和寻址时间相同,假设磁盘传输效率是40MB/s,那么10ms传输的数据是409.6KB。换句话说,只需要409KB,就可使的传输效率为50%。事实上,大约3.7MB就可使得磁盘平均传输效率为90%。所以,切割大小设置为4M左右就可以了。
FFS的设计者挺聪明的,其实按照之前的VSFS的设计,每个inode里面会有15个块指针用来索引文件占用磁盘块的,前面12个直接索引可表示12*4KB=48KB的空间,而一级间接索引就可表示4M的空间。所以除了前48KB,之后的每4M数据均放置在不同的组内,这个刚好可以使用一一级间接索引表示。
4. FFS设计细节
- 小文件问题 这个是说很多文件太小了,用一个磁盘块(4KB)存储有点浪费空间啊!!所以呢,FFS引入sub-blocks这个概念,一般是512B,也就是一个sector扇区的大小。那么这样一来又会使得写小文件的操作台低效了,哈哈,不用担心,我们可以写文件的时候现在Cache中缓存一下,等到收集了4KB的数据再一次性写入。这就是FFS提供的libc库的作用啦。
- parameterized placement 这个呢,有点难理解,先看这个图吧:
假设一个这个文斌就包含了12个磁盘块,而且如左边显示的那样存储于一个磁道上面。那么序列读取数据的时候就会有一个很小的问题:当磁头达到0块的时候读取数据,可是等它读完了准备读1块的数据的时候,磁头早就转过去了(假设转到2块的位置),于是需要接着等磁头转回来!!这样是不是很慢,事实上磁盘会将一个磁道的数据一下子缓存在磁盘里面,但是即使是这样,也需要两圈才能读完。因为你在等1快的数据的时候,磁盘转了一圈读出了整个磁道的数据,然后你获得了1块的数据,可是还是需要转一圈才能依次获得每一块的数据。于是乎就很聪明的将数据排列成右边那个样子,这样一来就只需要一圈啦。。。。
5. 参考文献
❝
- http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/file-ffs.pdf
❞
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