關于Linux系統中日志文件系統的概述

　　眾所周知，文件系統是操作系統最為重要的一部分。每種操作系統都有自己的文件系統。文件系統直接影響著操作系統的穩定性和可靠性。Linux下的文件系統通常有兩種，即日志文件系統和非日志文件系統，以下簡單介紹兩類文件系統。
　　一、 非日志文件系統
　　非日志文件系統在工作時，不對文件系統的更改進行日志記錄。
　　文件系統通過為文件分配文件塊的方式把數據存儲在磁盤上。每個文件在磁盤上都會占用一個以上的磁盤扇區，文件系統的工作就是維護文件在磁盤上的存放，記錄文件占用了哪幾個扇區。另外扇區的使用情況也要記錄在磁盤上。文件系統在讀寫文件時，首先找到文件使用的扇區號，然后從中讀出文件內容。如果要寫文件，文件系統首先找到可用扇區，進行數據追加。同時更新文件扇區使用信息。不同的文件系統用不同的方法分配和讀取文件塊。例如，dos/windows就使用fat文件系統，而windows NT則采用NTFS文件系統。
　　非日志文件系統能夠工作得很穩定，但是，它存在不少問題。各位請看，對于一個普通的日志文件系統，如Ext2文件系統，如果系統剛將文件的磁盤分區占用信息（meta-data）寫入到磁盤分區中，還沒有來得及將文件內容寫入磁盤，這時意外發生了：系統斷電了，結果會造成：文件的內容仍然是老內容，而meta-data信息是新內容，二者不一致了。
　　讓我們再看一下Linux系統中fsck是如何工作的：通常情況下，當 Linux 系統啟動時，首先運行fsck，由它掃描/etc/fstab 文件中列出的所有本地文件系統。fsck 的工作就是確保要裝載的文件系統的元數據是處于可使用的狀態。當系統關閉時，fsck又把所有的緩沖區數據轉送到磁盤，并確保文件系統被徹底卸載，以保證系統下次啟動時能夠正常使用。
　　然而意想不到掉電或者其它故障會導致系統死機、重啟。出現這種情況時，操作系統來不及卸載文件系統。重啟后，fsck對磁盤進行徹底掃描，全面地檢查元數據，竭盡全能修正檢查過程中能找到的所有錯誤。對所有的元數據做徹底的一致性檢查極其耗時。文件系統越大，完成徹底的掃描時間就越長。Fsck也會碰到它無法修復的磁盤錯誤。碰到這種情況，就是簡單地將文件刪除或另存為一個文件。在高密度訪問的數據中心，fsck可能會造成極大的數據文件破壞。只有當fsck 完成掃描、檢查與修復工作后，Linux系統才能開始使用。當然，如果有嚴重的文件或數據丟失的話，系統很可能無法重新啟動了！
　　非日志文件系統的種類：
　　Linux可以支持種類繁多的文件系統，幾乎所有的Linux發行版都用ext2作為默認的文件系統。Ext2文件系統就是一個非日志文件系統。此外，Linux支持的其它非日志文件系統還有：FAT、VFAT、HPFS（OS/2）、NTFS（Windows NT）、Sun的UFS等。
　　二、 日志式文件系統
　　日志文件系統則是在非日志文件系統的基礎上，加入了文件系統更改的日志記錄。
　　日志文件的設計思想是：跟蹤記錄文件系統的變化，并將變化內容記錄入日志。日志式文件系統的思想來自于大型數據庫系統。數據庫操作由多個相關的、相互依賴的子操作組成，任何一個子操作的失敗都意味著整個操作的無效性，所以，對數據的任何修改都要求回復到操作以前的狀態。日志式文件系統采用了類似的技術。
　　日志文件系統在磁盤分區中保存有日志記錄，寫操作首先是對記錄文件進行操作，若整個寫操作由于某種原因（如系統掉電）而中斷，系統重啟時，會根據日志記錄來恢復中斷前的寫操作。這個過程只需要幾秒鐘到幾分鐘。
　　日志文件系統是如何工作的？
　　在日志文件系統中，所有的文件系統的變化、添加和改變都被記錄到“日志”（即記錄文件metadata信息的數據）中。每隔一定時間，文件系統會將更新后的文件metadata及文件內容寫入磁盤，之后刪除這部分日志。重新開始新日志記錄。
　　在對元數據做任何改變以前，文件系統驅動程序會向日志中寫入一個條目，這個條目描述了它將要做些什么。然后，它繼續并修改元數據。通過這種方法，日志文件系統就擁有了近期元數據被修改的歷史記錄，當檢查到沒有徹底卸載的文件系統的一致性問題時，只要根據數據的修改歷史進行相應的檢查即可了。也即日志文件系統除了存儲數據和元數據（metadata）以外，它們還保存有一個日志，我們可以稱之為元元數據（關于元數據的元數據）。
　　日志文件系統使得數據、文件變安全了，但是系統開銷加大了。每一次更新和大多數的日志操作都需要寫同步，這需要更多的磁盤I/O操作。從日志文件的原理出發，將那些需要經常寫操作的分區上使用日志文件系統是一個好的主意。
　　Linux系統中可以混合使用日志文件系統或非日志文件系統。日志增加了文件操作的時間，但是，從文件安全性角度出發，磁盤文件的安全性得到了重大的提高。筆者對日志文件系統進行了測試，日志文件系統的性能并不比ext2文件系統有太大的性能損失，有的日志文件系統由于采用B+樹算法，在操作一些大尺寸的文件時，性能反面比非日志文件系統的性能還要好。
　　使用日志文件系統有什么好處？
　　文件的安全提高了，文件被破壞的機率降低了，對磁盤的掃描時間縮短了，掃描次數減少了。當系統意外宕機后，不會再有文件內容的丟失，至少文件應該保持上一個版本的內容；采用日志文件系統，通常系統每重新啟動20－30次后，才會對磁盤進行一次整體掃描，掃描次數減少了

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