Linux的ext3文件系统简介(3)

既然我们对这个问题已经有了一个总的很好的理解,让我们来看 ext3 是如何实现日志记录的。在 ext3 里,日志记录代码使用一个特殊的称为“日志记录块设备”层或 JBD 的 API。JBD 被设计成在任何块设备上实现日志的特殊目的。Ext3 通过“钩入(hooking in)”JBD API 来实现其日志记录。例如,ext3 文件系统代码将正在执行的修改告知 JBD,并且还会在修改磁盘上包含的特定数据之前请求 JBD 的许可。通过执行这些操作,给予了 JBD 代表 ext3 文件系统驱动程序管理日志的适当机会。这是很好的安排,因为 JBD 是作为一个单独的、一般实体而开发的,将来它可以用于向其它文件系统添加日志记录能力。

关于 JBD 管理的 ext3 日志有一些巧妙的特性。其中之一是,ext3 的日志存储在一个索引节点中 ― 基本上是个文件。能否看到这个位于 /.journal 的文件,取决于您是如何在文件系统上“启用 ext3”的。当然,通过将日志存储在索引节点中,ext3 可以向文件系统添加必要的日志,而不需要对 ext2 元数据进行不兼容扩展。 这是 ext3 文件系统保持对 ext2 元数据,以及 ext2 文件系统驱动程序的向后兼容性的关键方式之一。

不同的日志记录方法

不必惊讶,确实有许多方法用于实现日志。例如,文件系统开发者可能会设计出一种日志,该日志存储在主机文件系统上需要修改的 字节范围。这种方法的好处在于,日志能够以一种非常高效的方式存储许多对文件系统的微小修改,这是因为它只记录需要修改的个别字节,而不记录除此以外的任何信息。

JBD 使用另外一种(从某种意义来说是更好的)方法。JBD 存储完整的被修改的文件系统块本身,而不是记录必定会被更改的字节范围。ext3 文件系统驱动程序也使用这种方法,存储内存中被修改的块(大小为 1K、2K 或 4K)的完整副本,以跟踪暂挂的 IO 操作。开始,这看起来有点浪费。毕竟,包含已修改数据的完整块中还可能包含 未修改的(已经在磁盘上)数据。

JBD 所使用的方法称为 物理日志记录,这意味着 JBD 使用完整的物理块,作为实现日志的主要媒介。相反,只存储已修改的字节范围而非完整块的方法称为 逻辑日志记录,这是 XFS 所使用的方法。因为 ext3 使用物理日志记录,所以 ext3 日志 将具有比其它文件系统日志(例如,XFS 日志)更大的相对磁盘占用。但是,因为 ext3 在文件系统内部和日志中使用完整块,ext3 处理的复杂度比实现逻辑日志记录的要小。另外,完整块的使用允许 ext3 执行一些额外的优化,譬如,将多个暂挂的 IO 操作“压扁”到同一内存数据结构的单个块中。 接下来,这种优化允许 ext3 将这多个更改在一次写操作中写到磁盘上,而不需要多次写操作。此外,因为文字块数据存储在内存中,这些内存数据在写到磁盘之前,不必或只需作很少更改,大大减少了 CPU 开销。

Ext3,数据保护者

现在,我们最后来了解一下 ext3 文件系统是如何高效地提供元数据 和数据日志记录,以避免在本文前面部分所描述的数据毁坏问题的。实际上,ext3 有两种确保数据和元数据完整性的方法。

最初,ext3 被设计用来执行完整数据和元数据日志记录。在这种方式下(称之为“data=journal”方式),JBD 将所有对数据和元数据的更改都记录到文件系统中。因为数据和元数据都被记录,JBD 可以使用日志将元数据 和数据恢复到一致状态。完整数据日志记录的缺点是它可能会比较慢,但可以通过设置相对较大日志来减少性能损失。

最近,ext3 添加了一种新的日志记录方式,该方式提供完整日志记录的好处而不会带来严重的性能损失。这种新方式只对元数据进行日志记录。但是,ext3 文件系统驱动程序保持对与每个元数据更新对应的特殊 数据块的跟踪,将它们分组到一个称为事务的实体中。当事务应用于适当的文件系统时,数据块首先被写到磁盘。一旦写入数据块,元数据将随后写入日志。通过使用这种技术(称为“data=ordered”方式),即使只有元数据更改被记录到日志中,ext3 也能够提供数据和元数据的一致性。ext3 缺省使用这种方式。

结束语

最近,有许多人在尝试确定哪种 Linux 日志记录文件系统是“最好的”。实际上,没有一个针对每个应用程序都“合适的”文件系统,每个文件系统都有自身的长处。这是有这么多下一代 Linux 文件系统供选择的好处之一。所以,理解每种文件系统的长处和弱点,以便对使用哪种文件系统作出一个有根据的选择,远远优于选出一个绝对的“最好的”文件系统,并将它用于所有可能的应用程序。

Ext3 具有许多长处。它被设计得极易部署。它基于稳固的 ext2 文件系统代码,并继承了一个很好的 fsck 工具。还有,ext3 的日志记录能力经过特别设计,以确保元数据和数据的完整性。总之,ext3 确实是一个很棒的文件系统,并且是现在仍受到推崇的 ext2 文件系统的一个合格的继承者。

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/d5ad11d8c87df39856d6c2a2562ccdfd.html