DeskFS日志文件系统的设计与实现

论文摘要

文件系统是Linux操作系统的重要组成部分。传统文件系统技术成熟、性能稳定,但其耗时的崩溃恢复机制使现代操作系统面临着极大地安全隐患。日志文件系统的出现有效地解决了这一问题,它加入了对文件修改的日志记录,在系统崩溃恢复时,日志文件系统利用日志记录可以很快地恢复文件系统的一致性。然而,日志文件系统仍有很多问题有待解决。作为日志文件系统主要实现手段的日志块设备JBD方式尽管简单高效,但其内部机制同样带来诸多问题,其中最主要的是孤文件问题。另外,日志技术会使文件系统有大量更新信息需要写入,从而导致文件系统整体性能的下降。因此,如何提高日志文件系统的效率性能也成为了当前Linux下文件系统的研究重点。本课题恰恰是针对这两个影响日志文件系统性能的问题提出了解决方案,并在Ext3日志文件系统的基础上进行相应的性能改进,设计并实现了DeskFS日志文件系统。本文的主要工作是为省攻关项目——多媒体及桌面办公增强型Linux系统设计一个专用文件系统。该文件系统采用JBD实现日志技术,并提出一种判断静态域的方法解决孤文件问题,即从操作系统的内部机制考虑,解决了原始处理方法中出现的空间占有问题。并且,DeskFS日志文件系统为提高文件系统的性能,从磁盘空间分配方面考虑,针对该操作系统所处理文件类型的特殊性,提出了一种可变预留块组分配策略。该策略采用基于盘区的分配思想,实现了预留空间在内存中的动态分配,以更好地适应操作系统所使用的各种环境。最后,通过专用测试软件对DeskFS文件系统进行了测试,结果表明DeskFS文件系统的整体性能良好,在多线程测试方面性能优于Ext3文件系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和背景
• 1.1.1 Linux 文件系统简介
• 1.1.2 非日志式文件系统
• 1.1.3 日志式文件系统
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 Ext3 文件系统
• 1.2.2 ReiserFS 文件系统
• 1.2.3 XFS 文件系统
• 1.2.4 JFS 文件系统
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 Linux 下文件系统剖析
• 2.1 虚拟文件系统VFS
• 2.1.1 虚拟文件系统的原理及功能
• 2.1.2 VFS 的数据结构
• 2.1.3 VFS 的实现机制
• 2.2 文件系统的磁盘分配策略
• 2.2.1 基于块的分配策略
• 2.2.2 基于盘区的分配策略
• 2.3 日志块设备JBD
• 2.3.1 JBD 的工作单元
• 2.3.2 JBD 的功能
• 2.3.3 孤文件
• 2.4 本章小结
• 第3章 DeskFS 文件系统的设计
• 3.1 DeskFS 文件系统的设计思想
• 3.2 DeskFS 文件系统的磁盘布局及数据结构
• 3.3 DeskFS 文件系统的总体结构
• 3.4 DeskFS 文件系统的注册
• 3.5 DeskFS 文件系统的安装与卸载
• 3.5.1 DeskFS 文件系统的安装及日志环境的建立
• 3.5.2 DeskFS 文件系统的卸载
• 3.6 本章小结
• 第4章 DeskFS 文件系统核心技术研究
• 4.1 DeskFS 基于可变预留块组的磁盘分配策略
• 4.1.1 可变预留块组分配策略的设计思想
• 4.1.2 可变预留块组的尺寸
• 4.1.3 红黑树（Red-Black Tree）
• 4.1.4 DeskFS 基于可变预留块组的分配策略的实现
• 4.2 DeskFS 孤文件处理策略
• 4.2.1 孤文件问题描述
• 4.2.2 Ext3 的处理方法及存在问题
• 4.2.3 DeskFS 的孤文件解决方法
• 4.2.4 主要函数实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 DeskFS 文件系统测试
• 5.1 测试环境及测试工具
• 5.2 测试结果与分析
• 5.2.1 IObench 测试结果及分析
• 5.2.2 Bonnie++测试结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢