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61-fs-overview.org 3.29 KB

#+TITLE: 文件系统概览
#+AUTHOR: Jinghui Hu
#+EMAIL: hujinghui@buaa.edu.cn
#+DATE: <2023-11-28 Tue>
#+STARTUP: overview num indent
#+OPTIONS: ^:nil
#+PROPERTY: header-args:sh :results output :dir ../../study/os/xv6-public

* 文件系统
1. 解决 on-disk 存储结构
   - 树形结构
   - 文件/目录
2. crash recovery 崩溃恢复
   - 突然断电后重启后依然可以正常工作
   - xv6
3. 多进程同时读写
   - 协调并发操作问题
4. 解决读写磁盘速度慢的问题
   - 通过 in-memory cache 来提高系统的读写效率

#+BEGIN_SRC sh
  lsblk -f
#+END_SRC

#+RESULTS:
#+begin_example
NAME                      FSTYPE      FSVER    LABEL UUID                                   FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINTS
sda
├─sda1
├─sda2                    ext4        1.0            e956e553-25fe-4a85-97f8-f084e5eb25d0      1.5G    13% /boot
└─sda3                    LVM2_member LVM2 001       J7BATi-xwv8-jjeE-D3gl-LWLr-1RIc-WheXOt
  ├─ubuntu--vg-ubuntu--lv ext4        1.0            86b5ef6e-95f5-48c4-b7d0-7ccc32dad828     37.9G    56% /
  └─ubuntu--vg-data--lv   ext4        1.0            1a1d35fe-cfc5-4ae6-a0bf-b7cdbef6d4e2     46.8G    83% /data
sdb
└─sdb1                    ext4        1.0            14dadaca-04d2-4f1f-9565-b40e1437df32     27.4G     2% /mnt/lfs
sdc
sr0
#+end_example

* xv6 文件系统逻辑结构
#+BEGIN_SRC ditaa :exports results :file ./img/fs-arch.png :cmdline -s 2
  +-----------------+
  | File descriptor |
  +-----------------+
  |    Pathname     |
  +-----------------+
  |    Directory    |
  +-----------------+
  |      inode      |
  +-----------------+
  |     Logging     |
  +-----------------+
  |   Buffer cache  |
  +-----------------+
  |       Disk      |
  +-----------------+
#+END_SRC

#+RESULTS:
[[file:./img/fs-arch.png]]

1. xv6-fs 七层逻辑结构
   - File descriptor
   - Pathname
   - Directory
   - inode
   - Logging
   - Buffer cache
   - Disk
2. 读代码/研究
   - 自底而上 / 选这个
   - 自顶而下
3. Disk 读写磁盘, 直接操作磁盘, ide.c
4. Buffer Cache 管理 buf 结构
   - 与磁盘同步数据
   - 确保多进程同时只能有一个进程进行操作
5. Logging 允许多个 block 同时操作
   - 多个 block 同时操作形成 transaction
6. inode 提供文件操作, 每个 inode 有唯一编号 inum
   - 一个 inode 保护多个 block
   - 这样的 inode 可表示一个文件
   - unix
7. Directory 实现目录结构 dirent
   - 它可以表示一个目录
   - 本质上是 inode 序列
   - name 记录目录名称
8. Pathname 表示一个文件路径 ~/etc/my.cnf~
9. File descriptor 是文件描述符
   - read(fd,...)
     + stdin(0), stdout(1), stderr(2)
   - 标记操作系统的资源: pipe/device/files 等

* xv6 文件系统物理结构

#+BEGIN_SRC ditaa :exports results :file ./img/fs-phy.png :cmdline -s 2
  +------+-------+----------+-----------+--------+----------+
  | boot | super | log ...  | inode ... | bitmap | data ... |
  +------+-------+----------+-----------+--------+----------+
  0      1       2
#+END_SRC

#+RESULTS:
[[file:./img/fs-phy.png]]

1. boot 没有使用，一般用于装启动引导
   - 扇区 sector 512/ boot / MBR
2. super 时 superblock 记录文件的元信息
3. 接着是第 2 个扇区, 记录了若干 log
   - nlog
4. 然后 inode, bitmap
5. data

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文件系统概览

文件系统

解决 on-disk 存储结构
- 树形结构
- 文件/目录
crash recovery 崩溃恢复
- 突然断电后重启后依然可以正常工作
- xv6
多进程同时读写
- 协调并发操作问题
解决读写磁盘速度慢的问题
- 通过 in-memory cache 来提高系统的读写效率

lsblk -f

xv6 文件系统逻辑结构

./img/fs-arch.png

xv6-fs 七层逻辑结构
- File descriptor
- Pathname
- Directory
- inode
- Logging
- Buffer cache
- Disk
读代码/研究
- 自底而上 / 选这个
- 自顶而下
Disk 读写磁盘, 直接操作磁盘, ide.c
Buffer Cache 管理 buf 结构
- 与磁盘同步数据
- 确保多进程同时只能有一个进程进行操作
Logging 允许多个 block 同时操作
- 多个 block 同时操作形成 transaction
inode 提供文件操作, 每个 inode 有唯一编号 inum
- 一个 inode 保护多个 block
- 这样的 inode 可表示一个文件
- unix
Directory 实现目录结构 dirent
- 它可以表示一个目录
- 本质上是 inode 序列
- name 记录目录名称
Pathname 表示一个文件路径 /etc/my.cnf
File descriptor 是文件描述符
- read(fd,…)
  - stdin(0), stdout(1), stderr(2)
- 标记操作系统的资源: pipe/device/files 等

xv6 文件系统物理结构

./img/fs-phy.png

boot 没有使用，一般用于装启动引导
- 扇区 sector 512/ boot / MBR
super 时 superblock 记录文件的元信息
接着是第 2 个扇区, 记录了若干 log
- nlog
然后 inode, bitmap
data

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代码优化

C

1

https://gitee.com/whc_softHardware/xv6-course.git

git@gitee.com:whc_softHardware/xv6-course.git

whc_softHardware

xv6-course

xv6-course

master