# Linux虛擬文件系統 虛擬文件系統 VFS，使得Linux“一切皆文件”的哲學得以實現。虛擬文件系統位于頂層應用軟件和底層具體IO設備的中間一層。 :-:  虛擬文件系統是抽象的一層，對用戶提供了統一的訪問不同文件系統的接口。其使用面向對象的方式抽象出了四種類型的數據結構： * 超級塊對象：代表一個已安裝的文件系統，該文件系統才會真正的和IO設備交互。 * 索引節點對象 inode：代表具體的文件。其結構可如下 :-:  * 目錄項對象 ：代表一個目錄項，是文件路徑的一個組成部分。存在內存中。 * 文件對象FD：表示進程打開的一個文件，**也稱文件描述符**，每個進程的文件描述符相互獨立。當兩個進程打開同一個文件的時候，文件描述符會維護獨立的指針（seek）。 其中文件描述符、文件句柄、inode之間的關系如下： :-:  目錄項、inode之間的關系（inode和超級快都在磁盤中 ）： :-:    **Linux系統分區** ~~~bash df -h ~~~ ~~~ 分區 大小 使用 可用 使用百分比 掛載目錄 udev 1.9G 0 1.9G 0% /dev tmpfs 376M 4.7M 372M 2% /run /dev/vda1 79G 6.4G 69G 9% / tmpfs 1.9G 7.7M 1.9G 1% /dev/shm tmpfs 5.0M 0 5.0M 0% /run/lock tmpfs 1.9G 0 1.9G 0% /sys/fs/cgroup tmpfs 376M 0 376M 0% /run/user/0 ~~~ 具體的IO設備在進行掛載的時候會先掛載root目錄，接著才會掛載其他的目錄。與掛載相關的操作如下： ~~~ umount 分區 # 取消該分區與該目錄的掛載 mount 分區 目錄 # 將該分區與該目錄進行掛載 ~~~   **文件類型** Linux將系統中的一切都抽象成文件，可以具體區分出多種不同類型的文件。 :-:  使用`ll`命令第一個字段的第一列可以查看文件的類型： -：表示普通文件。 d：表示目錄。 b：表示塊設備，例如硬盤，可以移動字節位置。 c：表示字符設備，例如鍵盤。 s：表示socket。 p：表示pipeline，管道。 l：鏈接，可以分為軟硬鏈接，上圖的數字就表示被硬鏈接引用的次數。 使用命令 ~~~ stat 文件名 ~~~ 可以查看文件的元數據信息 :-:    Linux系統有個/proc目錄，里面存放著打開進程的信息，每個數字文件夾標識著一個進程pid號。Linux也將進程也映射成一個文件，同時在任何的進程中都有文件描述符為： - 0：標準輸入。 - 1：標準輸出。 - 2：報錯輸出。 采用如下命令可以查看一個進程打開的文件 ~~~ lsof -p pid ~~~ 輸出結果的一部分如下： ~~~ bash 162968 root 0u CHR 136,0 0t0 3 /dev/pts/0 bash 162968 root 1u CHR 136,0 0t0 3 /dev/pts/0 bash 162968 root 2u CHR 136,0 0t0 3 /dev/pts/0 ~~~ 例如使用如下命令可以用標準輸入將內容輸入到文件中 ~~~ ls ./ 1> ls.out ~~~ 可以將當前的ls命令的輸出內容輸出到ls.out文件中。 又例如在運行jar包的時候 ~~~ nohup java -jar *.jar >server.log 2>&1 ~~~ 即表示將輸出重定向到server.log文件中，同時將報錯輸出重定向到標準輸出文件描述符1中。這樣報錯輸出也會輸出到server.log中。   **管道** 管道就是在命令行中用符號【|】表示，例如： ~~~ ps -ef | grep java ~~~ 表示將左邊的命令的輸出作為右邊命令的輸入。 管道是進程間通信的一種方式，并且是單向通信的。可以分為**匿名管道**和**命名管道**，上面的 “|” 就是匿名管道，命令管道可以使用命令`mkfifo`創建。 ~~~ [root@iZwz9243apyfnh4y2y36scZ test]# mkfifo mypipe [root@iZwz9243apyfnh4y2y36scZ test]# ll total 0 prw-r--r-- 1 root root 0 Feb 24 21:11 mypipe ~~~ p就是表示命名管道類型的文件。 往命令管道存入的數據之后被讀出之后程序才會退出，不然會一直阻塞住。注意**管道就是內核中的一串緩存數據**。 原理： 當我們在shell使用匿名管道時，會fork兩個子進程，其父進程是shell這個客戶端，并復制命令的文件文件描述符，這樣文件描述符就可以通過管道進行數據交互了。 其他： 【$$】和【$BASHPID】都能表示當前進程的PID號，但是$$的優先級要比管道符號的要高。   ## pageCache 磁盤高速緩存，pageCache是內核的內存空間中對磁盤讀寫數據的一塊緩存空間，系統內核對磁盤數據的讀寫會先經過pageCache，然后再從pageCache中復制到用戶空間中（直接io的方式不用使用pageCache）。使用pageCache有如下的特點： 1. 跟計算機中大多數的緩存層的作用類似，符合“程序的局部性原理”，可以減少對磁盤的訪問。 2. 當pageCache中的數據被修改過后，需要設置成臟頁標志，操作系統會根據一定的策略將臟頁的數據寫回到磁盤中。但是并不一定會立刻寫出，所以可能造成數據丟失不能持久化的問題。 3. 當pageCache滿的時候會通過LRU算法將某些頁寫回磁盤。 4. 具備**預讀**的功能，能夠在一次磁盤讀取數據的時候，額外的讀取更多的數據（受局部性原理的指導）。 圖示pageCache的位置： :-:  現在都是由DMA將磁盤中的數據放到pageCache中 :-:    **查看系統臟頁大小** 1. 查看系統配置 ~~~ sysctl -a | grep dirty ~~~ :-:  其中： * vm.dirty_background_ratio：是內存可以填充臟數據的百分比。超過這個比例，這些臟數據稍后會寫入磁盤，由后臺進程執行，不會阻塞。比如，我有32G內存，那么有3.2G的臟數據可以待著內存里，超過3.2G的話就會有后臺進程來清理。 * vm.dirty_ratio：是可以用臟數據填充的絕對最大系統內存量，當系統到達此點時，必須將所有臟數據提交到磁盤，同時所有新的`I/O`塊都會被阻塞，直到臟數據被寫入磁盤。這通常是長`I/O`卡頓的原因，但這也是保證內存中不會存在過量臟數據的保護機制。 * `vm.dirty_background_bytes`和`vm.dirty_bytes`是另一種指定這些參數的方法。如果設置`_bytes`版本，則`_ratio`版本將變為0，反之亦然。 * vm.dirty_expire_centisecs：指定臟數據能存活的時間。在這里它的值是30秒。當后臺進程在運行的時候，他們會檢查是否有數據超過這個時限，如果有則會把它異步地寫到磁盤中。 * vm.dirty_writeback_centisecs：指定多長時間后臺進程會喚醒一次，然后檢查是否有緩存需要清理。 **修改系統配置** ~~~ vim /etc/sysctl.conf ~~~ 重新生效 ~~~ sysctl -p ~~~ 2. 查看臟頁數據： ~~~ cat /proc/vmstat | egrep "dirty|writeback" ~~~ 或者使用`pcstat`查看， ### 安裝pcstat 1. 如果沒有go環境需要先安裝golang環境 官網下載安裝包：[Downloads - The Go Programming Language](https://go.dev/dl/)，解壓 ~~~ tar -zxvf goxxx.tar.gz ~~~ 2. 添加環境變量 ~~~ vim /etc/profile ~~~ ~~~ export GO_HOME=go的解壓地址/go export PATH=$PATH:$GO_HOME/bin # 國內 export GOPROXY=https://goproxy.io export GO111MODULE=on ~~~ ~~~ source /etc/profile ~~~ 3. 安裝pcstat 官方地址：[tobert/pcsta(github.com)](https://github.com/tobert/pcstat)，閱讀一下Readmd.md安裝即可。 4. 使用 注意`pcstat`命令需要放于環境變量中，這里我放到了go的bin目錄下。 :-: