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2014
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Linux文件系统,为什么设计group

前言:

linux内核是一个很伟大的东西。。。(好吧~我居然用“伟大”来形容了linux内核),不过说实话,内核代码绝对是c语言中经典的经典。里面的一些设计思想都值得反复推敲、琢磨(虽然我还看不大懂,在啃过程中)。。按照我导师的话来说:写linux内核的那帮人绝对是顶级聪明的人。

看聪明人的作品,熏陶 熏陶自己。

我们今天关注问题如下:why linux的文件系统设计group这个概念。有什么好处呢?linux文件系统已经够复杂了,为什么还要加上group这个管理单元?

那天导师问这问题时,我硬是没怎么反应过来,说了几个答案,但都没说到点上,这儿我总结一下:

面对问题的思考方法:

从多角度思考这个问题:

从用户角度:方便用户容量的扩充或减少

    很明显,有了group这个概念,我们的元数据区、数据区可以一个版块一个版块地管理,如果用户容量扩充,只需要在现有group后增加几个group,然后修改super block,GDT(块组描述符)等就可以了。减小容量也是如此;试想一下如下没有group这个概念,若要扩容,则inode bitmap,data bitmap,inode table所占的空间都要变大,那么整个数据区都要向后迁移,代价太大。

从计算机性能角度:一次IO能抓取所需元数据,提高访问速度

    首先我们要知道,在默认的配置中,一个group单元中的block bitmap的个数为32768,这个在格式化磁盘时,可以在输出信息上看到信息:32768 blocks per group。所以说block bitmap所需要的占用的存储空间大小刚好为1个block大小,即4k,所以说在一次IO读操作,我就可以把当前访问数据的bitmap区域的元数据一次性缓存,由于与访问的局部性,一段时间访问的数据很大概率都是位于这个block的,所以需要多次访问元数据,而这些元数据系统都cache住了,故性能得到很好地提高。

     上面说的是block bitmap为4k,默认一个group中inode bitmap为1k。也是可以一次IO都缓存下的。而且data区域4k*8*4k= 128M,这个大小都是一次调入Mem可以缓存下的。所以极大提高了cache命中率,也就提高了访问速率。

     其实上述的解释都可以类比于一个概念:对齐。在计算机系统结构中,一定要建立一个对齐的概念,对齐的概念我通过两个例子稍微解释。

例1:一个数据结构如果放在未对齐的内存中,则会引起两次访存操作。

例2:放在磁盘上一个4k的文件,如果跨了两个block,那么要进行两次访问disk的操作,效率大打折扣。

所以说计算机系统结构中,对齐是效率的一个关键点所在。

从磁盘寿命的角度:写均匀,延长寿命

元数据、数据写的区域因为布局方式的因素,因而把写均匀到了磁盘的各个区域。个人感觉有一定的延长寿命作用。

 

关于group概念还能带来什么好处,欢迎留言!

 

补充:

这里对group概念稍做介绍,文件系统结构图如下:

 

文件系统是以分区为单位的,所以说一个分区上的所有group的文件系统类型都相同。

整个分区group的inode是连续编号的,给定一个inode编号,可以通过取模、取余的方式可以知道该inode为那个group上的第几个inode。inode编号从1开始,故所在块组bg=inode_num -1)/ ext4_super_block.s_inodes_per_group 

所在 块组的index

index=(inode_num -1) % ext4_super_block.s_inodes_per_group 

Category: Linux | Tags: 文件系统 group | Read Count: 1847

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