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Linux下联合文件系统的研究及性能分析作者：吴超陈启安来源：《电脑知识与技术》2013年第36期摘要：该文通过分析Linux下现有联合文件系统实现，提取其特征，给出了联合文件系统的定义。
归纳总结出基于VFS和基于底层文件系统两种联合文件系统设计模型。
对联合文件系统的不同实现进行了测试比较和性能分析。
关键词：联合文件系统；虚拟文件系统； Union mounts； Aufs； Unionfs； Unionfs-fuse中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8315-06Linux文件系统的用户视图是一个完整的层级目录树（Hierarchical Directory Tree）. Linux 通过虚拟文件系统（VFS， virtual filesystem switch）实现这种机制。
VFS是一种面向对象的接口，具有多态性。
上层系统调用可以通过这一虚拟接口驱动底层文件系统，包括各种磁盘文件系统和NFS。
为了实现统一的名字空间， VFS隐藏了挂载节点下子目录树结构，替换以被挂载文件系统中的根目录[1]。
一些应用需要文件系统名字空间的层叠化特性支持。
例如，嵌入式Linux测试开发过程中，开发者常常希望通过NFS更新开发板系统中的文件，同时也想保留针对每个开发板的测试配置信息和文件修改。
支持这种特性的文件系统是联合文件系统（Union filesystem）。
本文对Linux下联合文件系统的设计进行深入研究。
进行对比测试，分析了各实现之间性能差异和速度瓶颈，为联合文件系统过渡方案的选型和进一步研究开发提供参考。
1 联合文件系统SunOS下的Translucent Filesystem（TFS）是早期的联合文件系统实现之一。
设计的动机是提供文件系统级别的源代码版本控制[2]。
本文根据联合文件系统的设计动机和各种实现拥有的共同功能，对联合文件系统必须具备的特征进行如下描述[3-5]：联合文件系统提供目前Linux VFS还不具备的名字空间联合功能；联合文件系统必须至少支持三层，其中最上层可读写（RW），其余各层只读（RO）；联合文件系统可以修改系统调用语义，但必须保证修改后的语义符合POSIX标准。
请简述 linux 中的文件系统层次结构
Linux系统的文件系统层次结构是非常复杂的，通常可以分成如下几个层次：
1. 根目录：根目录是 Linux 文件系统中最顶层的根目录，它可以看做是 Linux 系统整个文件系统的根，其它所有的子目录都在它之下，一般用 '/' 表示。
2. 二级目录：包括 '/etc'、'/usr'、'/bin'、'/sbin'、'/lib' 等，这些目录又可以看做是四级目录的父目录，下面可以放置用户自定义的文件和文件夹。
3. 四级目录：这里可以放置用户自定义的应用程序，一般都是以某个子目录名开头，比如 '/usr/local'，'/usr/bin'、'/usr/sbin'等。
4. 程序文件：可以放置各种程序文件，包括可执行文件、库文件、配置文件等。
5. 日志文件：记录系统的运行日志，以及用户行为日志，用于排查故障。
6. 数据文件：用户可以将各种数据文件存放在用户指定的目录下。
总之，Linux系统的文件系统层次结构比较复杂，它们可以根据用户需求和功能进行多层次的划分，以满足用户的不同需求。
linux的文件系统、目录结构、文件管理实验报告Linux是一款使用广泛的操作系统，具有丰富的文件系统、目录结构、文件管理系统。
以下是Linux文件系统实验报告。
一、文件系统文件系统是指计算机操作系统用来管理文件和数据存储空间的一种机制。
Linux系统使用的是可扩展的第二代文件系统（ext2、ext3、ext4），它支持更大的文件和更大的分区，并使用了更高效的索引和更快的文件系统检查。
二、目录结构Linux目录结构是一个统一的层次结构，它将计算机的所有文件都组织到一个合理的层次结构中。
以下是Linux常见的目录结构：1. /（根目录）：根目录是文件系统的根节点，所有文件和目录都以它为起点。
2. /bin：包含一些最基本的系统工具，比如ls、cp、mv等常用命令。
3. /dev：包含系统设备文件。
4. /etc：包含系统中的配置文件和脚本文件。
5. /home：用于存储用户的个人文件和数据。
6. /lib：包含了系统中使用的一些共享库文件。
7. /mnt：用于挂载外部设备，比如USB、CD-ROM等。
8. /opt：用于存放第三方软件的安装文件和数据。
9. /proc：该目录是一个虚拟目录，它不占用实际存储空间，但可以查看和修改系统的运行状态。
10. /root：超级用户的家目录。
11. /sbin：包含一些管理系统的系统管理员使用的工具。
12. /tmp：用于存放临时文件和目录。
13. /usr：用于存放非本地（不是系统）用户的应用程序和数据。
14. /var：用于存放可变的数据，比如日志文件。
三、文件管理文件管理是指对计算机文件进行操作，如创建、复制、粘贴、移动和删除等。
下面是Linux 文件管理的一些常见命令：1. ls：列出目录中的文件和子目录。
2. cd：切换目录。
3. mkdir：创建一个新目录。
4. touch：创建一个新文件。
5. cp：复制文件或目录。
6. mv：移动或重命名文件。
Linux EXT4文件系统分析
陆亚文
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2011(007)014
【摘要】介绍EXT4文件系统的原理和数据结构.重点与EXT3文件系统做了比较,通过分析WRITE操作来解释EXT4文件系统的工作,为用户选择Linux内核提供参考.
【总页数】5页(P3443-3446,3472)
【作者】陆亚文
【作者单位】杭州科技职业技术学院,浙江,杭州,310016
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.Linux文件系统分析 [J], 刘章仪
2.LINUX虚拟文件系统分析 [J], 朱作付;吕强
3.Linux Ext2fs文件系统分析 [J], 张园园
4.Linux虚拟文件系统分析 [J], 钟柏松;张宇成;周明建
5.Linux虚拟文件系统分析 [J], 王艳春;崔洪启;陈毓;李晓荣
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
常用的linux文件系统类型Linux操作系统是一种开源的操作系统，它的文件系统类型非常丰富。
不同的文件系统类型可以支持不同的文件大小、文件数量和文件系统的速度等特性。
本文将对常用的Linux文件系统类型进行介绍，以帮助读者选择最适合自己需求的文件系统类型。
1. ext2ext2是Linux最早的文件系统类型之一。
它被广泛使用，因为它很稳定，而且在Linux内核中得到了很好的支持。
它支持最大2TB 的文件系统，并且允许使用文件名长达255个字符。
但它不支持文件的访问控制，因此在安全性方面不太可靠。
另外，由于它没有日志功能，因此在文件系统崩溃后需要进行长时间的文件系统检查。
2. ext3ext3是ext2的升级版本，它添加了日志功能。
这意味着在文件系统崩溃后，ext3可以更快地恢复，而且文件系统的可靠性也更高。
它还支持最大16TB的文件系统，并且可以使用文件名长达255个字符。
但它的速度较慢，因为每次写入都需要写入日志。
3. ext4ext4是ext3的升级版本，它支持最大1EB的文件系统，而且可以使用文件名长达255个字符。
它的速度比ext3更快，因为它使用了更先进的数据结构，同时它的文件系统检查速度也更快。
此外，它还支持更高级的文件访问控制，因此在安全性方面更可靠。
4. XFSXFS是一种高性能的文件系统类型，它可以支持非常大的文件和文件系统。
它支持最大9EB的文件系统，并且可以使用文件名长达255个字符。
它的速度非常快，因为它使用了先进的算法和数据结构。
但它的可靠性不如ext4，因为它在文件系统崩溃后需要进行长时间的文件系统检查。
5. BtrfsBtrfs是一种新型的文件系统类型，它被设计用于支持大型文件系统和高级数据管理功能。
它支持最大16EB的文件系统，并且可以使用文件名长达255个字符。
它支持数据快照、压缩、复制和校验等高级功能。
但它还不够稳定，因为它还没有被广泛使用。
6. NTFSNTFS是Windows操作系统使用的文件系统类型，但它也可以在Linux上使用。
linux文件系统的分类一、引言Linux作为一个开源的操作系统，其文件系统是其核心部分之一。
文件系统是用于组织、存储和访问文件和目录的方法和数据结构。
Linux文件系统的分类是指不同的文件系统类型，可以根据其特点和用途进行分类。
本文将介绍Linux文件系统的几种常见分类。
二、本地文件系统本地文件系统是指在计算机硬盘上存储数据的文件系统。
在Linux 中，常见的本地文件系统有以下几种：1. ext文件系统：ext文件系统是最常用的Linux文件系统，包括ext2、ext3和ext4。
它们具有较高的性能和稳定性，支持大容量存储和快速访问。
2. XFS文件系统：XFS文件系统是一种高性能的日志文件系统，特别适用于大型文件和大容量存储。
它支持快速的数据恢复和高效的文件管理。
3. Btrfs文件系统：Btrfs文件系统是一个新的高级文件系统，具有快速的数据恢复和高效的快照功能。
它支持数据压缩、数据校验和RAID等先进功能。
4. JFS文件系统：JFS文件系统是一个高性能的日志文件系统，具有快速的文件访问和高效的空间管理。
它适用于大容量存储和大型文件。
三、网络文件系统网络文件系统是指通过网络访问远程文件系统的方法。
在Linux中，常见的网络文件系统有以下几种：1. NFS文件系统：NFS是一种标准的网络文件系统协议，用于在不同的计算机之间共享文件和目录。
它允许用户在本地计算机上访问远程服务器上的文件。
2. CIFS文件系统：CIFS是一种用于在Windows和Linux之间共享文件的协议。
它允许Linux系统挂载Windows共享目录，使用户可以在Linux上访问Windows文件。
3. AFS文件系统：AFS是一种分布式文件系统，用于在广域网上共享文件和目录。
它提供高性能和可扩展性，适用于大规模的网络环境。
四、虚拟文件系统虚拟文件系统是指用于访问不同文件系统的统一接口。
在Linux中，常见的虚拟文件系统有以下几种：1. proc文件系统：proc文件系统是一个特殊的文件系统，用于访问内核和进程信息。
Linux系统分析一：Linux系统简介Linux 是一套 Unix-like 的作业系统，是 Unix 的一种，它控制整个系统基本服务的核心程式(kernel) ，是由 Linus 带头开发出来的，Linux这个名称便是以Linus's Minix来命名，Linus 选择用大众公有版权(GPL)的方式来发行这份程式，这个版权允许任何人以任何形式与散 Linux 的原始程式，换句话说，Linux 实际上是「免费的」，使用者在网路上就可以抓到 Linux 的原始程式码，随心所欲的与更改Linux 的原始程式，在网际网路的日渐盛行以及 Linux 开放自由的版权之下，吸引了无数电脑高手投入开发、改善 Linux 的核心程式，使得 Linux 的功能日见强大，所以今日我们可以在网路上免费下载 Linux 使用，或者花很少的一点费用就可以取得 Linux 光碟，这都是因为 Linux 是 GPL 版权的缘故。
除了核心程式以外，一个作业系统还需要其他的系统程式跟应用程式才有实用性，Linux 系统中常用的系统程式大部份是美国自由软体基金会 (Free Software Foundation) 开发出来的软体，而且也有不少机构或个人为 Linux 开发应用程式，这些程式一样大多都是自由软体，任何人都可以免费的在网路上取得，不过自行去取得这些程式再一一安装非常不便，于是有些公司或团体就会去搜集、整合 Linux 上的程式，把「核心-系统程式-应用程式」总合起来构成一个完整的作业系统，让一般使用者可以简便的安装完整个系统，这就是所谓的安装套件(distribution)，我们一般讲的 Linux 系统便是针对这些安装套件而言，同样是 Linux 系统，却分成不同公司、机构整合出来的不同安装套件，这就是大家常常在网路上看到 Linux 有那么多种的原因。
Linux 具有 Unix 系统的程式介面跟操作方式，也继承了 Unix 稳定有效率的特点。
简述linux文件系统的类型Linux文件系统是指Linux操作系统中用来组织和管理文件的一种系统。
Linux文件系统的类型有很多种，每种文件系统都有其特定的特点和用途。
本文将对常见的几种Linux文件系统进行简要介绍。
1. ext文件系统ext文件系统是最早也是最常用的Linux文件系统之一，它是Linux 操作系统的默认文件系统。
ext文件系统有多个版本，包括ext2、ext3和ext4。
其中，ext4是最新版本，具有更好的性能和可靠性。
ext文件系统使用索引节点（inode）来管理文件和目录，支持文件和目录的权限控制、日志功能以及快速文件系统检查等特性。
由于其可靠性和稳定性，ext文件系统常被用于服务器和桌面应用。
2. XFS文件系统XFS文件系统是一种高性能的Linux文件系统，最早由SGI开发。
XFS文件系统采用了B+树来组织和管理文件和目录，具有较高的扩展性和可靠性。
它支持大容量存储、高并发访问和快速文件系统检查等特性，适用于大规模数据存储和高性能计算等场景。
XFS文件系统广泛应用于企业级服务器和大型数据库等领域。
3. btrfs文件系统btrfs文件系统是一种新型的Linux文件系统，它的设计目标是提供高性能、高可靠性和高可扩展性。
btrfs文件系统支持快照、压缩、在线扩容和数据校验等功能，能够有效地保护数据的完整性和安全性。
btrfs文件系统还支持RAID和数据镜像等高级特性，可以提供更好的数据冗余和故障恢复能力。
btrfs文件系统逐渐成为Linux发行版中的重要选择，但在生产环境中仍需谨慎使用。
4. ZFS文件系统ZFS文件系统是由Sun Microsystems开发的一种先进的文件系统，现在由Oracle维护。
ZFS文件系统采用了复制写(Copy-on-write)技术和存储池（Storage Pool）的概念，具有高度的可靠性和可扩展性。
它支持快照、压缩、数据校验、数据恢复以及自动存储池管理等功能。
在文件系统方面，Linux® 可以算得上操作系统中的 “瑞士军刀”。
Linux 支持许多种文件系统，从日志型文件系统到集群文件系统和加密文件系统。
对于使用标准的和比较奇特的文件系统以及开发文件系统来说，Linux 是极好的平台。
本文讨论 Linux 内核中的虚拟文件系统（VFS ，有时候称为虚拟文件系统交换器），然后介绍将文件系统连接在一起的主要结构。
基本的文件系统体系结构Linux 文件系统体系结构是一个对复杂系统进行抽象化的有趣例子。
通过使用一组通用的 API 函数，Linux 可以在许多种存储设备上支持许多种文件系统。
例如，read 函数调用可以从指定的文件描述符读取一定数量的字节。
read 函数不了解文件系统的类型，比如 ext3 或 NFS 。
它也不了解文件系统所在的存储媒体，比如 AT Attachment Packet Interface （ATAPI ）磁盘、Serial-Attached SCSI （SAS ）磁盘或 Serial Advanced Technology Attachment （SATA ）磁盘。
但是，当通过调用 read 函数读取一个文件时，数据会正常返回。
本文讲解这个机制的实现方法并介绍 Linux 文件系统层的主要结构。
什么是文件系统？首先回答最常见的问题，“什么是文件系统”。
文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制。
由于定义如此宽泛，支持它的代码会很有意思。
正如前面提到的，有许多种文件系统和媒体。
由于存在这么多类型，可以预料到 Linux 文件系统接口实现为分层的体系结构，从而将用户接口层、文件系统实现和操作存储设备的驱动程序分隔开。
挂装在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂装（mount ）。
使用 mount命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中（根）。
在执行挂装时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。
为了说明 Linux 文件系统层的功能（以及挂装的方法），我们在当前文件系统的一个文件中创建一个文件系统。
实现的方法是，首先用 dd命令创建一个指定大小的文件（使用 /dev/zero 作为源进行文件复制）——换句话说，一个用零进行初始化的文件，见清单 1。
清单 1. 创建一个经过初始化的文件$ dd if=/dev/zero of=file.img bs=1k count=1000010000+0 records in10000+0 records out$现在有了一个 10MB 的 file.img 文件。
使用losetup命令将一个循环设备与这个文件关联起来，让它看起来像一个块设备，而不是文件系统中的常规文件：$ losetup /dev/loop0 file.img$这个文件现在作为一个块设备出现（由 /dev/loop0 表示）。
然后用mke2fs在这个设备上创建一个文件系统。
这个命令创建一个指定大小的新的 ext2 文件系统，见清单 2。
清单 2. 用循环设备创建 ext2 文件系统$ mke2fs -c /dev/loop0 10000mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)max_blocks 1024000, rsv_groups = 1250, rsv_gdb = 39Filesystem label=OS type: LinuxBlock size=1024 (log=0)Fragment size=1024 (log=0)2512 inodes, 10000 blocks500 blocks (5.00%) reserved for the super user...$使用mount命令将循环设备（/dev/loop0）所表示的 file.img 文件挂装到挂装点 /mnt/point1。
注意，文件系统类型指定为ext2。
挂装之后，就可以将这个挂装点当作一个新的文件系统，比如使用ls命令，见清单 3。
清单 3. 创建挂装点并通过循环设备挂装文件系统$ mkdir /mnt/point1$ mount -t ext2 /dev/loop0 /mnt/point1$ ls /mnt/point1 lost+found $如清单 4 所示，还可以继续这个过程：在刚才挂装的文件系统中创建一个新文件，将它与一个循环设备关联起来，再在上面创建另一个文件系统。
清单 4. 在循环文件系统中创建一个新的循环文件系统$ dd if=/dev/zero of=/mnt/point1/file.img bs=1k count=1000 1000+0 records in 1000+0 records out$ losetup /dev/loop1 /mnt/point1/file.img $ mke2fs -c /dev/loop1 1000 mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)max_blocks 1024000, rsv_groups = 125, rsv_gdb = 3 Filesystem label= ...$ mkdir /mnt/point2$ mount -t ext2 /dev/loop1 /mnt/point2 $ ls /mnt/point2 lost+found$ ls /mnt/point1 file.img lost+found $通过这个简单的演示很容易体会到 Linux 文件系统（和循环设备）是多么强大。
可以按照相同的方法在文件上用循环设备创建加密的文件系统。
可以在需要时使用循环设备临时挂装文件，这有助于保护数据。
文件系统体系结构既然已经看到了文件系统的构造方法，现在就看看 Linux 文件系统层的体系结构。
本文从两个角度考察 Linux 文件系统。
首先采用高层体系结构的角度。
然后进行深层次讨论，介绍实现文件系统层的主要结构。
高层体系结构尽管大多数文件系统代码在内核中（后面讨论的用户空间文件系统除外），但是图 1 所示的体系结构显示了用户空间和内核中与文件系统相关的主要组件之间的关系。
图 1. Linux 文件系统组件的体系结构用户空间包含一些应用程序（例如，文件系统的使用者）和 GNU C 库（glibc ），它们为文件系统调用（打开、读取、写和关闭）提供用户接口。
系统调用接口的作用就像是交换器，它将系统调用从用户空间发送到内核空间中的适当端点。
VFS 是底层文件系统的主要接口。
这个组件导出一组接口，然后将它们抽象到各个文件系统，各个文件系统的行为可能差异很大。
有两个针对文件系统对象的缓存（inode 和 dentry）。
它们缓存最近使用过的文件系统对象。
每个文件系统实现（比如 ext2、JFS 等等）导出一组通用接口，供 VFS 使用。
缓冲区缓存会缓存文件系统和相关块设备之间的请求。
例如，对底层设备驱动程序的读写请求会通过缓冲区缓存来传递。
这就允许在其中缓存请求，减少访问物理设备的次数，加快访问速度。
以最近使用（LRU）列表的形式管理缓冲区缓存。
注意，可以使用sync命令将缓冲区缓存中的请求发送到存储媒体（迫使所有未写的数据发送到设备驱动程序，进而发送到存储设备）。
讨论实现这个子系统的主要结构。
主要结构Linux 以一组通用对象的角度看待所有文件系统。
这些对象是超级块（superblock）、inode、dentry 和文件。
超级块在每个文件系统的根上，超级块描述和维护文件系统的状态。
文件系统中管理的每个对象（文件或目录）在 Linux 中表示为一个 inode。
inode 包含管理文件系统中的对象所需的所有元数据（包括可以在对象上执行的操作）。
另一组结构称为 dentry，它们用来实现名称和 inode 之间的映射，有一个目录缓存用来保存最近使用的 dentry。
dentry 还维护目录和文件之间的关系，从而支持在文件系统中移动。
最后，VFS 文件表示一个打开的文件（保存打开的文件的状态，比如写偏移量等等）。
虚拟文件系统层VFS 作为文件系统接口的根层。
VFS 记录当前支持的文件系统以及当前挂装的文件系统。
可以使用一组注册函数在 Linux 中动态地添加或删除文件系统。
内核保存当前支持的文件系统的列表，可以通过 /proc 文件系统在用户空间中查看这个列表。
这个虚拟文件还显示当前与这些文件系统相关联的设备。
在 Linux 中添加新文件系统的方法是调用register_filesystem。
这个函数的参数定义一个文件系统结构（file_system_type）的引用，这个结构定义文件系统的名称、一组属性和两个超级块函数。
也可以注销文件系统。
在注册新的文件系统时，会把这个文件系统和它的相关信息添加到file_systems 列表中（见图 2 和 linux/include/linux/mount.h）。
这个列表定义可以支持的文件系统。
在命令行上输入cat /proc/filesystems，就可以查看这个列表。
图 2. 向内核注册的文件系统VFS 中维护的另一个结构是挂装的文件系统（见图 3）。
这个结构提供当前挂装的文件系统（见 linux/include/linux/fs.h）。
它链接下面讨论的超级块结构。
图 3. 挂装的文件系统列表超级块超级块结构表示一个文件系统。
它包含管理文件系统所需的信息，包括文件系统名称（比如 ext2）、文件系统的大小和状态、块设备的引用和元数据信息（比如空闲列表等等）。
超级块通常存储在存储媒体上，但是如果超级块不存在，也可以实时创建它。
可以在 ./linux/include/linux/fs.h 中找到超级块结构（见图 4）。
图 4. 超级块结构和 inode 操作超级块中的一个重要元素是超级块操作的定义。
这个结构定义一组用来管理这个文件系统中的 inode 的函数。
例如，可以用alloc_inode分配 inode，用destroy_inode删除 inode。
可以用read_inode和write_inode读写 inode，用sync_fs执行文件系统同步。
可以在 ./linux/include/linux/fs.h 中找到super_operations结构。
每个文件系统提供自己的 inode 方法，这些方法实现操作并向 VFS 层提供通用的抽象。
inode 和 dentryinode 表示文件系统中的一个对象，它具有惟一标识符。
各个文件系统提供将文件名映射为惟一 inode 标识符和 inode 引用的方法。
图 5 显示 inode 结构的一部分以及两个相关结构。
请特别注意inode_operations和file_operations。
