关于Linux系统中日志文件系统的概述

    众所周知，文件系统是操作系统最为重要的一部分。每种操作系统都有自己的文件系统。文件系统直接影响着操作系统的稳定性和可靠性。Linux下的文件系统通常有两种，即日志文件系统和非日志文件系统，以下简单介绍两类文件系统。

    一、 非日志文件系统

    非日志文件系统在工作时，不对文件系统的更改进行日志记录。

    文件系统通过为文件分配文件块的方式把数据存储在磁盘上。每个文件在磁盘上都会占用一个以上的磁盘扇区，文件系统的工作就是维护文件在磁盘上的存放，记录文件占用了哪几个扇区。另外扇区的使用情况也要记录在磁盘上。文件系统在读写文件时，首先找到文件使用的扇区号，然后从中读出文件内容。如果要写文件，文件系统首先找到可用扇区，进行数据追加。同时更新文件扇区使用信息。不同的文件系统用不同的方法分配和读取文件块。例如，dos/windows就使用fat文件系统，而windows NT则采用NTFS文件系统。

    非日志文件系统能够工作得很稳定，但是，它存在不少问题。各位请看，对于一个普通的日志文件系统，如Ext2文件系统，如果系统刚将文件的磁盘分区占用信息（meta-data）写入到磁盘分区中，还没有来得及将文件内容写入磁盘，这时意外发生了：系统断电了，结果会造成：文件的内容仍然是老内容，而meta-data信息是新内容，二者不一致了。

    让我们再看一下Linux系统中fsck是如何工作的：通常情况下，当 Linux 系统启动时，首先运行fsck，由它扫描/etc/fstab 文件中列出的所有本地文件系统。fsck 的工作就是确保要装载的文件系统的元数据是处于可使用的状态。当系统关闭时，fsck又把所有的缓冲区数据转送到磁盘，并确保文件系统被彻底卸载，以保证系统下次启动时能够正常使用。

    然而意想不到掉电或者其它故障会导致系统死机、重启。出现这种情况时，操作系统来不及卸载文件系统。重启后，fsck对磁盘进行彻底扫描，全面地检查元数据，竭尽全能修正检查过程中能找到的所有错误。对所有的元数据做彻底的一致性检查极其耗时。文件系统越大，完成彻底的扫描时间就越长。Fsck也会碰到它无法修复的磁盘错误。碰到这种情况，就是简单地将文件删除或另存为一个文件。在高密度访问的数据中心，fsck可能会造成极大的数据文件破坏。只有当fsck 完成扫描、检查与修复工作后，Linux系统才能开始使用。当然，如果有严重的文件或数据丢失的话，系统很可能无法重新启动了！

    非日志文件系统的种类：

    Linux可以支持种类繁多的文件系统，几乎所有的Linux发行版都用ext2作为默认的文件系统。Ext2文件系统就是一个非日志文件系统。此外，Linux支持的其它非日志文件系统还有：FAT、VFAT、HPFS（OS/2）、NTFS（Windows NT）、Sun的UFS等。

    二、 日志式文件系统

    日志文件系统则是在非日志文件系统的基础上，加入了文件系统更改的日志记录。

    日志文件的设计思想是：跟踪记录文件系统的变化，并将变化内容记录入日志。日志式文件系统的思想来自于大型数据库系统。数据库操作由多个相关的、相互依赖的子操作组成，任何一个子操作的失败都意味着整个操作的无效性，所以，对数据的任何修改都要求回复到操作以前的状态。日志式文件系统采用了类似的技术。

    日志文件系统在磁盘分区中保存有日志记录，写操作首先是对记录文件进行操作，若整个写操作由于某种原因（如系统掉电）而中断，系统重启时，会根据日志记录来恢复中断前的写操作。这个过程只需要几秒钟到几分钟。

    日志文件系统是如何工作的？

    在日志文件系统中，所有的文件系统的变化、添加和改变都被记录到“日志”（即记录文件metadata信息的数据）中。每隔一定时间，文件系统会将更新后的文件metadata及文件内容写入磁盘，之后删除这部分日志。重新开始新日志记录。

    在对元数据做任何改变以前，文件系统驱动程序会向日志中写入一个条目，这个条目描述了它将要做些什么。然后，它继续并修改元数据。通过这种方法，日志文件系统就拥有了近期元数据被修改的历史记录，当检查到没有彻底卸载的文件系统的一致性问题时，只要根据数据的修改历史进行相应的检查即可了。也即日志文件系统除了存储数据和元数据（metadata）以外，它们还保存有一个日志，我们可以称之为元元数据（关于元数据的元数据）。

    日志文件系统使得数据、文件变安全了，但是系统开销加大了。每一次更新和大多数的日志操作都需要写同步，这需要更多的磁盘I/O操作。从日志文件的原理出发，将那些需要经常写操作的分区上使用日志文件系统是一个好的主意。

    Linux系统中可以混合使用日志文件系统或非日志文件系统。日志增加了文件操作的时间，但是，从文件安全性角度出发，磁盘文件的安全性得到了重大的提高。笔者对日志文件系统进行了测试，日志文件系统的性能并不比ext2文件系统有太大的性能损失，有的日志文件系统由于采用B+树算法，在操作一些大尺寸的文件时，性能反面比非日志文件系统的性能还要好。

    使用日志文件系统有什么好处？

    文件的安全提高了，文件被破坏的机率降低了，对磁盘的扫描时间缩短了，扫描次数减少了。当系统意外宕机后，不会再有文件内容的丢失，至少文件应该保持上一个版本的内容；采用日志文件系统，通常系统每重新启动20－30次后，才会对磁盘进行一次整体扫描，扫描次数减少了。

    Linux操作系统下的日志文件系统

    XFS文件系统：SGI的xfs　http://oss.sgi.com/projects/xfs/

    JFS文件系统： IBM的jfs http://oss.software.ibm.com/developerworks/opensource/jfs/

    Reiserfs文件系统：http://www.namesys.com

    EXT3文件系统： linux/ext3/">http://www.zip.com.au/~akpm/linux/ext3/

    GFS文件系统： http://linux4u.jinr.ru/LinuxArchive/Ftp/kernel/gfs/4.2/

    Vertas文件系统：http://www.veritas.com/products/ …… roductId=filesystem