IO协议栈不仅决定了系统处理数据输入输出的效率,还直接影响到系统的整体性能和用户体验
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本文将深入解析Linux IO协议栈的架构、工作原理及其优化策略,为读者提供全面且深入的理解
一、Linux IO协议栈的架构 Linux IO协议栈的架构可以分为用户态和内核态两大部分
用户态主要包括应用程序,而内核态则包括虚拟文件系统(VFS)、文件系统、块层、SCSI层等多个层次
以下是对各层次的详细解析: 1.用户态:应用程序默认在用户态运行,通过系统调用接口与内核进行交互
用户态的应用程序通过调用如`read`、`write`等系统函数,发起IO操作请求
2.虚拟文件系统(VFS):VFS层是Linux针对文件概念封装的一层通用逻辑,它把所有文件系统的共性的东西抽象出来,如file、inode、dentry等结构体,并抽象出通用的API接口
具体的文件系统则只需要按照这些接口实现即可
在IO请求到达时,VFS层使用文件所在的文件系统的对应接口,实现了对不同文件系统的统一访问
3.文件系统:文件系统层对上抽象出文件的概念,把数据按照策略存储到块设备上
它负责把用户的数据按照自己制定的规则存储到块设备上,实现文件的虚拟空间到实际线性设备的映射
文件系统管理的是一个线性的空间(分区、块设备),而用户看到的却是文件的概念,这一层的转化就是由文件系统来完成的
4.块层:块层在真实的硬件之上又抽象了一层,屏蔽了不同的硬件驱动,使块设备看起来就是一个线性空间
块层主要负责IO调度策略的实现,尽可能收集批量IO请求进行聚合下发,使IO尽可能顺序化,减少IO次数
例如,著名的电梯算法就是在块层实现的
Linux允许用户自行配置这里的调度策略,如CFQ、Deadline、NOOP等
5.SCSI层:SCSI层是硬件的驱动层,本质是一个翻译器,负责和磁盘硬件进
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