作业八
一、总结Linux的虚拟文件系统VFS。
1、什么是VFS？
虚拟文件系统（VFS）是建立在具体文件系统与操作系统之间的一个抽象层。使得不管使用哪种具体文件系统，在操作系统看来，都可以使用相同的文件系统调用接口，将其包装成系统调用，对文件进行操作。
2、Linux中的VFS
从宏观角度看，Linux的文件系统可以分为三层：
1）操作系统有关文件系统的系统调用（System-call ）
2）虚拟文件系统VFS
3）具体挂载到VFS上的各种具体文件系统（可以同时有多个具体文件系统挂载到VFS上）
用户对于文件的操作具体流程为：
API/库函数（write()、read()等）—> 系统调用（sys_write()、sys_read()）等 —> VFS提供的文件操作接口 —> 具体文件系统的文件操作 —> 物理存储设备执行相关操作
为了给操作系统提供一个统一的文件模型，Linux的VFS定义了四种对象，分别是：超级块（superblock）、i节点(Inode)、目录项(directory entry)、文件(file)
超级块：当文件系统挂载后，超级块会读取具体文件系统的超级块中的信息并常驻内存，部分字段是动态产生的。其中存储的一般是有关该文件系统的一些基本信息，如：根目录位置、i节点起始位置等等。同时，Linux内部的super_operations结构体中定义了有关超级块的一系列操作。
inode节点：i节点全称为索引节点，在文件系统中，每个文件会对应一个inode节点，节点中存储了有关该文件的元数据。同时，VFS中的inode节点与磁盘中具体的inode节点也存在一对一的映射关系。同样，Linux内部的inode_operations结构体中定义了有关inode节点的一系列操作。
目录项：目录项提供了名字空间到inode节点之间的映射关系，其与inode节点结合起来，提供了用户检索文件存储位置的高效方法，一切的查找均从根目录开始。Linux内部的dentry_operations定义了有关目录项的一系列操作。
文件：VFS中的file存储的并不是具体的文件数据，而是“打开文件表”，其中记录了一些对于系统正在操作的文件相关的一些信息，如文件的打开模式，读写位置等等。Linux内部的file_operations定义了有关文件的一系列操作。
对于用户而言，文件描述符对应一个打开文件表（也就是文件对象），文件对象指向一个目录项，目录项中存储了该文件对应的inode节点，从而通过inode节点对磁盘上的信息进行操作。
二、总结RAID技术
在磁盘运行过程中，由于多种原因，存储的数据可能会出现错误，其中的一些错误可能会对整个磁盘系统造成灾难性影响，所以我们需要对磁盘进行校正、纠错的技术。
RAID（Redundant Arrays of Independent Disks 独立磁盘冗余阵列）技术不仅提供了高容错、高可靠性存储方法，还提高了文件系统的性能。
性能提高：RAID0 通过数据条带化（分成多个块），并行读取/写入多块磁盘，以提高数据传输率。
安全性提高：
RAID有多种方式提高磁盘的安全性。
1）RAID 1 镜像：将文件复制一份存在另一块磁盘中，这种方法数据的安全性最好，但磁盘利用率只有50%
2）RAID 2 海明码校验：一些磁盘存储数据，另一些磁盘存储对应数据的海明码，在读取数据时，数据和海明码可以并行读取并进行判断，但缺点仍是存储效率较低
3）RAID 3/4 交错字节/块奇偶校验：将数据按照字节/块为单位进行划分，并设置独立的磁盘专门存储校验信息，通过将颗粒度放大，提高了存储效率，并且能够取得比较好的检错效果。
4）RAID 5 交错块分布式奇偶校验，RAID 3/4的问题也很明显，只要存储校验位的磁盘损坏，那么整个系统的校验技术就失效了，RAID 5将奇偶校验位存储在不同的磁盘，提高了读取效率，也提高了数据的可靠性。
5）RAID 6 交错块双重分布式奇偶校验，在RAID5的基础上设置双重校验码，进一步提高了安全性，但是也同时降低了写入效率。
6）RAID 7 最优化异步高I/O速率及高数据传输率，它结合了 RAID 5 和 RAID 1 的优点，同时引入了 缓存机制 和 独立的写入缓存 来提高性能，它使用专用的缓存磁盘，所有的写操作首先写入到缓存中，然后在后台将数据异步地写入到实际的磁盘阵列中。这减少了写入延迟，提高了写入性能。
在多种RAID中，我们还可以使用RAID嵌套，进一步提高数据的性能与可靠性，如RAID0+1与RAID1+0。