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Linux文件系统是怎么工作的？( 三 )

Linux文件系统


容量对文件系统来说，最常见的一个问题就是空间不足 。当然，你可能本身就知道，用 df 命令，就能查看文件系统的磁盘空间使用情况 。比如：
$ df /dev/sda1Filesystem1K-blocksUsed Available Use% Mounted on/dev/sda130308240 31670202712483611% /你可以看到，我的根文件系统只使用了 11% 的空间 。这里还要注意，总空间用 1K-blocks的数量来表示，你可以给 df 加上 -h 选项，以获得更好的可读性：
$ df -h /dev/sda1FilesystemSizeUsed Avail Use% Mounted on/dev/sda129G3.1G26G11% /不过有时候，明明你碰到了空间不足的问题，可是用 df 查看磁盘空间后，却发现剩余空间还有很多 。这是怎么回事呢？
不知道你还记不记得，刚才我强调的一个细节 。除了文件数据，索引节点也占用磁盘空间 。你可以给 df 命令加上 -i 参数，查看索引节点的使用情况，如下所示：
$ df -i /dev/sda1FilesystemInodesIUsedIFree IUse% Mounted on/dev/sda13870720 157460 37132605% /索引节点的容量，（也就是 Inode 个数）是在格式化磁盘时设定好的，一般由格式化工具自动生成 。当你发现索引节点空间不足，但磁盘空间充足时，很可能就是过多小文件导致的 。
所以，一般来说，删除这些小文件，或者把它们移动到索引节点充足的其他磁盘中，就可以解决这个问题 。
缓存在前面 Cache 案例中，我已经介绍过，可以用 free 或 vmstat，来观察页缓存的大小 。复习一下，free 输出的 Cache，是页缓存和可回收 Slab 缓存的和，你可以从/proc/meminfo ，直接得到它们的大小：
$ cat /proc/meminfo | grep -E "SReclaimable|Cached"Cached:748316 kBSwapCached:0 kBSReclaimable:179508 kB话说回来，文件系统中的目录项和索引节点缓存，又该如何观察呢？
实际上，内核使用 Slab 机制，管理目录项和索引节点的缓存 。/proc/meminfo 只给出了Slab 的整体大小，具体到每一种 Slab 缓存，还要查看 /proc/slabinfo 这个文件 。
比如，运行下面的命令，你就可以得到，所有目录项和各种文件系统索引节点的缓存情况：
$ cat /proc/slabinfo | grep -E '^#|dentry|inode'# name<active_objs> <num_objs> <objsize> <objperslab> <pagesperslab> : tunabxfs_inode00960174 : tunables000 : slabdata...ext4_inode_cache32104345901088154 : tunables000 : slabdatasock_inode_cache11901242704234 : tunables000 : slabdatashmem_inode_cache16222139712234 : tunables000 : slabdataproc_inode_cache35604080680122 : tunables000 : slabdatainode_cache2517225818608132 : tunables000 : slabdatadentry76050 121296192211 : tunables000 : slabdata这个界面中，dentry 行表示目录项缓存，inode_cache 行，表示 VFS 索引节点缓存，其余的则是各种文件系统的索引节点缓存 。
/proc/slabinfo 的列比较多，具体含义你可以查询man slabinfo 。在实际性能分析中，我们更常使用 slabtop，来找到占用内存最多的缓存类型 。
比如，下面就是我运行 slabtop 得到的结果：
#按下c按照缓存大小排序，按下a按照活跃对象数排序$ slabtopActive / Total Objects (% used): 277970 / 358914 (77.4%)Active / Total Slabs (% used): 12414 / 12414 (100.0%)Active / Total Caches (% used): 83 / 135 (61.5%)Active / Total Size (% used): 57816.88K / 73307.70K (78.9%)Minimum / Average / Maximum Object : 0.01K / 0.20K / 22.88KOBJS ACTIVEUSE OBJ SIZESLABS OBJ/SLAB CACHE SIZE NAME69804230940%0.19K33242113296K dentry16380158540%0.59K12601310080K inode_cache58260553970%0.13K1942307768K kernfs_node_cache4854130%5.69K9753104K task_struct147213970%2.00K92162944K kmalloc-2048从这个结果你可以看到，在我的系统中，目录项和索引节点占用了最多的 Slab 缓存 。不过它们占用的内存其实并不大，加起来也只有 23MB 左右 。
总结本文，我带你梳理了 Linux 文件系统的工作原理 。
文件系统，是对存储设备上的文件，进行组织管理的一种机制 。为了支持各类不同的文件系统，Linux 在各种文件系统实现上，抽象了一层虚拟文件系统（VFS） 。
VFS 定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口 。这样，用户进程和内核中的其他子系统，就只需要跟 VFS 提供的统一接口进行交互 。
为了降低慢速磁盘对性能的影响，文件系统又通过页缓存、目录项缓存以及索引节点缓存，缓和磁盘延迟对应用程序的影响 。
在性能观测方面，本文主要讲了容量和缓存的指标 。下一节，我们将会学习 Linux 磁盘 I/O的工作原理，并掌握磁盘 I/O 的性能观测方法 。

【Linux文件系统是怎么工作的？】


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