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一、文件系统基础

文件系统概述

为什么要有文件系统？

需要介质保存一些永久的数据，停电后数据也可以长期保存

文件系统的名字空间，名字空间的操作

在文件数节点上进行操作

文件系统中文件读写操作

提供一些例如 open、read、write、close的操作函数

• open 操作：将文件 offset = 0，并记录文件操作信息
• close 操作：将文件从内存中删除
• read 操作：从offset=0位置读取size大小的数据。

文件系统的设计

文件系统的下层接口

• 磁盘的读写接口，磁盘中的地址

文件系统的上层接口

• 文件树的组织
• 文件数据的读写

文件系统最本质的功能：将文件名字翻译定位到一个具体的磁盘位置，进而可以完成文件的读写。

文件系统接口标准化

虚拟文件系统（VFS）是物理文件系统与服务之间的一个接口层，它对Linux的每一个文件系统的所有细节进行抽象，使得不同的文件系统在Linux核心以及系统中运行的其他进程看来，都是相同的。即调用VFS接口来调用不同的文件操作系统。

文件系统的磁盘数据结构

文件系统的讨论

• 关于磁盘块大小的讨论

  • 一个文件起码占用1个文件块的空间（选择磁盘块越小浪费越小）
  • 每个磁盘块需要元数据进行描述（磁盘块越多，开销越大）
  • 虽然磁盘物理特性决定了最小的读写单元512字节，但是目前多数文件系统选用4k磁盘块。（根据不同文件系统特点选择）

• 文件系统的缓存

  • 缓存能够加速的必要条件，时间局部性（经常访问）与空间局部性（附近的数据也需要访问）

• 磁盘系统的优化策略

  • 磁盘的顺序读写与随机读写：尽量让磁盘进行顺序读写（顺序读写100MB带宽，随机读写1MB带宽）
  • 如何进行磁盘优化

二、分布式文件系统

• 分布式文件系统需要提供什么功能？
  • 文件系统目录树
  • 文件的读写
• 分布式文件系统建立的基础要讨论的两个问题
  • 是否直接面对磁盘？
    • 无需直接面对磁盘，而是使用每台机器的操作系统中的文件系统来操作磁盘
    • 直接面对磁盘： SANFS 更高性能
  • 分布式文件系统中的地址是什么？
    • 无法直接定位到磁盘：先定位到机器，然后定位到磁盘

分布式文件系统的本质功能：将一个以目录树表达的文件翻译为具体的节点，而到磁盘的定位则可以交给本地文件系统完成。

三、分布式文件系统举例 NFS（网络文件系统）

###NFS文件系统的扩展：AFS文件系统
NFS系统只有一台服务器，通过一台服务器对文件进行定位，用户操作某一个文件时，其实是对Server上某个目录进行操作。

AFS是放在广域网的分布式文件系统

1. 当用户访问某个文件时，先访问根服务器 /afs
2. 根服务器维护了下一级服务器 （pku,tsinghua,washington)
3. 每一级服务器为用户返回下一级服务器地址
4. 最后一步交给本地文件系统对具体文件操作