我们接下来的几节，主要面向的就是文件系统和磁盘的I/O性能
同CPU 内存一样，磁盘和文件系统的管理，是操作系统核心的功能
磁盘为整个系统提供了基本的持久化存储，而文件系统则是在此之上，提供了对应的管理文件的树状结构
在Linux中，万物皆文件，那么普通的文件和目录，以及设备，套接字，管道等，也是基于文件系统进行的管理
在Linux中，Linux文件系统为每个文件分配了两个数据结构，索引节点和目录项，用于记录文件的元信息和目录结构
索引节点，又名inode，记录的是文件的元数据，比如inode编号，文件大小，访问权限，修改如期，数据位置等，索引节点和文件一对一，其和文件内容一样，都会被持久化到磁盘中，所以索引节点也会占用磁盘
目录项，称为dentry，记录文件的名字，索引节点指针，和其他目录的关联关系，由内核维护的一个内存数据结构，叫做目录项缓存
索引节点是每个文件的唯一标识，维护了文件系统的树状结构，目录项和索引节点的关系是多对一，一个文件可以有多个别名
那么有了这个关联结构，文件数据到底如何存储的？是否是直接写到磁盘中就可以了？
磁盘读写的最小单位是扇区，但是扇区只有512B，不可能每次都写这么小的单位，于是将多个连续的扇区组成了逻辑块，每次以逻辑块为单位，来管理数据，常见逻辑块是4KB，8个连续的扇区组成
在磁盘执行文件系统格式化的时候，分为三个存储区域，超级块，索引节点区，数据块区
超级块，存储整个文件系统的状态
索引节点区，存储索引节点
数据块区，存储文件数据
上面这三个模块，构成了Linux文件系统的四大基本要素，不过Linux还加入了一个抽象层，就是虚拟文件系统VFS，VFS定义了一组接口，让上层的用户程序以及内核进行交互，不关心底层的具体实现
基本的Linux文件系统如下
在VFS下方，有着不同的文件系统，比如Ext4，XFS, NFS等
这些文件系统中，有着直接基于磁盘的文件系统，讲数据直接存储在计算机本地的磁盘中，或者是基于内存的文件系统，就是虚拟文件系统，比如/proc，最后是网络文件系统，就是访问其他计算机数据的文件系统，比如NFS，SMB，iSCSI等
不过，无论什么系统，都需要挂载到目录树的某个子目录上，然后才能访问其中的文件
将文件系统挂在完成之后，就可以通过挂载点，访问其管理的文件了，VFS提供了标准的文件访问接口，这些接口以系统调用的方式，提供给应用程序使用
比如cat，内部就是先进行调用open()，打开一个文件，然后调用read() 读取内容， 最后调用write()，将文件内容进行输出到控制台的标准输出中
文件系统和磁盘的交互，即为IO，IO的分类很多种，可以分为
缓冲和非缓冲IO
直接和非直接IO
阻塞和非阻塞IO
同步和异步IO
我们依次说这些IO的区别
第一种，缓冲IO和非缓冲IO，缓存就是利用标准库缓存来加速文件访问，非缓冲IO则是直接通过系统调用访问文件，这里的缓冲也是系统调用，不过是有一层页缓存的存在的
第二种，直接IO，直接跳过页缓存，和文件系统进行交互，非直接IO正好相反，文件读写的时候，经过系统的页缓存，才会经由内核或者额外的系统调用，写入磁盘
直接IO的操作需要在系统调用中指定O_DIRECT指标
第三种，阻塞IO和非阻塞IO，和Java中的基本一致，就是获取不到的时候是否阻塞当前线程
第四种，就是根据是否等待响应结果，分为了同步IO和异步IO
同步IO，指的是应用程序等待IO完成后才会返回，异步IO则是执行IO后立刻返回，后续结果另算
最后性能观测片段
在文件系统的观测中，常见的就是空间不足，使用df可以观察空间使用
或者配合df -h 可以更加直观的查看空间
但是有时候，我们使用df命令查看空间，发现空间有剩余，但是空间就是不足，这是为何呢？
如果只从这一节的角度来说，可能是跟索引节点有关，索引节点也是占用磁盘空间的，df -i 可以查看索引节点的使用情况
索引节点的容量，一般在格式化磁盘的时候就设定好了，由格式化工具生成，如果索引节点空间不足，磁盘空间充足，就可能是过多的小文件导致（毕竟文件有大小，但是索引文件都基本一样大）
一般来说，删除这些小文件，或者移动到索引节点充足的其他磁盘即可
最后是关于文件系统中目录项和索引节点缓存的观察
内核使用Slab，管理目录项和索引节点的缓存，通过/proc/slabinfo来进行查看
运行如下的命令，可以得到，所有目录项和各种文件系统索引节点的缓存情况
cat /proc/slabinfo |egrep “^#|dentry|inode”
其中的dentry是目录项缓存，inode_cache行表示VFS索引节点缓存
其余的是不同文件类型的节点缓存数据
还有就是slabtop这个工具
可以按照缓存大小进行排序 
我们这次，梳理了Linux文件系统的工作原理
Linux在不同的文件系统上，抽象出了一层的虚拟文件系统
还定义了一组通用的接口和数据结构，这样其他的子系统只需要和VFS的统一接口进行交互
最后一个思考题
如果执行如下的
| $ find / -name file-name |
会导致缓存的升高吗？以及是什么类型的缓存升高？
find需要遍历文件系统，而遍历文件系统的时候，需要讲索引和实际的目录树关联起来，这需要在内核中维护dentry，由于find的目录是根目录，所以必然会导致大量的dentry的生成。