更好的文件系统：需要做到什么？

不能 “尽善尽美”，但可以在 “实际 workload” 下尽可能好

Summary Findings
Most files are small Roughly 2K is the most common size
Average file size is growing Almost 200K is the average
Most bytes are stored in large files A few big files use most of the space
File systems contains lots of files Almost 100K on average
File systems are roughly half full Even as disks grow, file systems remain ~50% full
Directories are typically small Many have few entries; most have 20 or fewer

ext2/UNIX 文件系统

按对象方式集中存储文件/目录元数据

  • 增强局部性 (更易于缓存)
  • 支持链接

为大小文件区分 fast/slow path

  • 小的时候应该用数组
    • 连链表遍历都省了
  • 大的时候应该用树 (B-Tree; Radix-Tree; ...)
    • 快速的随机访问

ext2: 磁盘镜像格式

对磁盘进行分组

“superblock”：文件系统元数据

  • 文件 (inode) 数量
  • block group 信息
    • ext2.h 里有你需要知道的一切

ext2 inode

ext2 目录文件

与 FAT 本质相同：在文件上建立目录的数据结构

  • 注意到 inode 统一存储
    • 目录文件中存储文件名到 inode 编号的 key-value mapping

ext2: 性能与可靠性

局部性与缓存

  • bitmap, inode 都有 “集中存储” 的局部性
  • 通过内存缓存减少读/写放大

大文件的随机读写性能提升明显 ($O(1)$)

  • 支持链接 (一定程度减少空间浪费)
  • inode 在磁盘上连续存储，便于缓存/预取
  • 依然有碎片的问题

但可靠性依然是个很大的问题

  • 存储 inode 的数据块损坏是很严重的