想要一个更好的文件系统？

观察一些文件系统的统计数据

• Most files are small: ~2K is the most common size
• Average file size is growing: ~200K is the average
• Most bytes are stored in large files: A few big files use most space
• File systems contains lots of files: ~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

UNIX 系列文件系统的改进

支持 (硬) 链接

• 树 $\to$ 图 (链接)
• 允许一个 “虚拟磁盘” 存在多份引用
  • struct node (数据), struct edge (目录中的文件) 要分开

支持任意大小文件的随机访问

• 小文件
  • ~2K is the most common size
• 大文件
  • A few big files use most space: 数据库、视频、……

所以我们需要 struct node

“iNode” (index node)

• 保存 ls -l 里的各种 metadata
  • Mode, Links, User/Group, Size, Access/Modify/Change Time
  • (Minix1 和 Minix2 的 fs/inode.h 完全一样)
    • 是的，fstat 就直接把数据搬到进程里
• 以及一个用于索引的数据结构
  • map<int,int> (file offset $\to$ block id)

ext2: 不过是另一个数据结构

“Superblock”：文件系统级的元数据

• inode 数量，block_per_block (以第一个 superblock 为准), ...

ext2 inode: 联合数据结构 (Fast/Slow Path)

ext2 目录文件

在 “文件”上的数据结构

• map<string,int> (name $\to$ inode)

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 $O(1)$ 随机读写

• 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