關于Linux系統中日志檔案系統的概述（轉載）

關于Linux系統中日志檔案系統的概述

釋出時間：2007.06.01 14:41     來源：賽迪網技術社群    作者：lynn

衆所周知，檔案系統是作業系統最為重要的一部分。每種作業系統都有自己的檔案系統。檔案系統直接影響着作業系統的穩定性和可靠性。Linux下的檔案系統通常有兩種，即日志檔案系統和非日志檔案系統，以下簡單介紹兩類檔案系統。

    一、 非日志檔案系統

    非日志檔案系統在工作時，不對檔案系統的更改進行日志記錄。

    檔案系統通過為檔案配置設定檔案塊的方式把資料存儲在磁盤上。每個檔案在磁盤上都會占用一個以上的磁盤扇區，檔案系統的工作就是維護檔案在磁盤上的存放，記錄檔案占用了哪幾個扇區。另外扇區的使用情況也要記錄在磁盤上。檔案系統在讀寫檔案時，首先找到檔案使用的扇區号，然後從中讀出檔案内容。如果要寫檔案，檔案系統首先找到可用扇區，進行資料追加。同時更新檔案扇區使用資訊。不同的檔案系統用不同的方法配置設定和讀取檔案塊。例如，dos/windows就使用fat檔案系統，而windows NT則采用NTFS檔案系統。

    非日志檔案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檔案系統，如Ext2檔案系統，如果系統剛将檔案的磁盤分區占用資訊（meta-data）寫入到磁盤分區中，還沒有來得及将檔案内容寫入磁盤，這時意外發生了：系統斷電了，結果會造成：檔案的内容仍然是老内容，而meta-data資訊是新内容，二者不一緻了。

    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，首先運作fsck，由它掃描/etc/fstab 檔案中列出的所有本地檔案系統。fsck 的工作就是確定要裝載的檔案系統的中繼資料是處于可使用的狀态。當系統關閉時，fsck又把所有的緩沖區資料轉送到磁盤，并確定檔案系統被徹底解除安裝，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緻系統當機、重新開機。出現這種情況時，作業系統來不及解除安裝檔案系統。重新開機後，fsck對磁盤進行徹底掃描，全面地檢查中繼資料，竭盡全能修正檢查過程中能找到的所有錯誤。對所有的中繼資料做徹底的一緻性檢查極其耗時。檔案系統越大，完成徹底的掃描時間就越長。Fsck也會碰到它無法修複的磁盤錯誤。碰到這種情況，就是簡單地将檔案删除或另存為一個檔案。在高密度通路的資料中心，fsck可能會造成極大的資料檔案破壞。隻有當fsck 完成掃描、檢查與修複工作後，Linux系統才能開始使用。當然，如果有嚴重的檔案或資料丢失的話，系統很可能無法重新啟動了！

    非日志檔案系統的種類：

    Linux可以支援種類繁多的檔案系統，幾乎所有的Linux發行版都用ext2作為預設的檔案系統。Ext2檔案系統就是一個非日志檔案系統。此外，Linux支援的其它非日志檔案系統還有：FAT、VFAT、HPFS（OS/2）、NTFS（Windows NT）、Sun的UFS等。

    二、 日志式檔案系統

    日志檔案系統則是在非日志檔案系統的基礎上，加入了檔案系統更改的日志記錄。

    日志檔案的設計思想是：跟蹤記錄檔案系統的變化，并将變化内容記錄入日志。日志式檔案系統的思想來自于大型資料庫系統。資料庫操作由多個相關的、互相依賴的子操作組成，任何一個子操作的失敗都意味着整個操作的無效性，是以，對資料的任何修改都要求回複到操作以前的狀态。日志式檔案系統采用了類似的技術。

    日志檔案系統在磁盤分區中儲存有日志記錄，寫操作首先是對記錄檔案進行操作，若整個寫操作由于某種原因（如系統掉電）而中斷，系統重新開機時，會根據日志記錄來恢複中斷前的寫操作。這個過程隻需要幾秒鐘到幾分鐘。

    日志檔案系統是如何工作的？

    在日志檔案系統中，所有的檔案系統的變化、添加和改變都被記錄到“日志”（即記錄檔案metadata資訊的資料）中。每隔一定時間，檔案系統會将更新後的檔案metadata及檔案内容寫入磁盤，之後删除這部分日志。重新開始新日志記錄。

    在對中繼資料做任何改變以前，檔案系統驅動程式會向日志中寫入一個條目，這個條目描述了它将要做些什麼。然後，它繼續并修改中繼資料。通過這種方法，日志檔案系統就擁有了近期中繼資料被修改的曆史記錄，當檢查到沒有徹底解除安裝的檔案系統的一緻性問題時，隻要根據資料的修改曆史進行相應的檢查即可了。也即日志檔案系統除了存儲資料和中繼資料（metadata）以外，它們還儲存有一個日志，我們可以稱之為元中繼資料（關于中繼資料的中繼資料）。

    日志檔案系統使得資料、檔案變安全了，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。從日志檔案的原理出發，将那些需要經常寫操作的分區上使用日志檔案系統是一個好的主意。

    Linux系統中可以混合使用日志檔案系統或非日志檔案系統。日志增加了檔案操作的時間，但是，從檔案安全性角度出發，磁盤檔案的安全性得到了重大的提高。筆者對日志檔案系統進行了測試，日志檔案系統的性能并不比ext2檔案系統有太大的性能損失，有的日志檔案系統由于采用B+樹算法，在操作一些大尺寸的檔案時，性能反面比非日志檔案系統的性能還要好。

    使用日志檔案系統有什麼好處？

    檔案的安全提高了，檔案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。當系統意外當機後，不會再有檔案内容的丢失，至少檔案應該保持上一個版本的内容；采用日志檔案系統，通常系統每重新啟動20－30次後，才會對磁盤進行一次整體掃描，掃描次數減少了