[操作系统] 文件管理

た入场券 2024-02-17 12:44 71阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *   *  5.1 磁盘调度算法
         *   *  1. 先来先服务算法( First Come First Served, FCFS) 算法
             *  2. 最短寻道时间优先算法( Shortest Seek Time First, SSTF) 算法
             *  3. 扫描算法( SCAN ) 算法
             *  4. 循环扫描算法( Circular Scan, CSCAN ) 算法
             *  5. LOOK 与 CLOOK 算法
         *  5.2 进程写文件时，进程发生了崩溃，已写入的数据会丢失吗？
         *  5.3 进程写文件时，断电了，文件内容会丢失吗？
         *  5.4 Linux 脏页刷盘的参数有哪些？
         *   *  1. 根据脏数据的绝对大小
             *  2. 根据脏数据占可用内存的比例
             *  3. 定时起线程刷新
     *

#### 5.1 磁盘调度算法 ####

##### 1. 先来先服务算法( First Come First Served, FCFS) 算法 #####

顾名思义，先到来的请求，先被服务。

##### 2. 最短寻道时间优先算法( Shortest Seek Time First, SSTF) 算法 #####

最短寻道时间优先（*Shortest Seek First，SSF*）算法的工作方式是，优先选择从当前磁头位置所需寻道时间最短的请求。

##### 3. 扫描算法( SCAN ) 算法 #####

最短寻道时间优先算法会产生饥饿的原因在于：磁头有可能再一个小区域内来回得移动。  
为了防止这个问题，可以规定：**磁头在一个方向上移动，访问所有未完成的请求，直到磁头到达该方向上的最后的磁道，才调换方向，这就是扫描（*Scan*）算法**。  
这种算法也叫做电梯算法，比如电梯保持按一个方向移动，直到在那个方向上没有请求为止，然后改变方向。

##### 4. 循环扫描算法( Circular Scan, CSCAN ) 算法 #####

循环扫描（*Circular Scan, CSCAN* ）规定：只有磁头朝某个特定方向移动时，才处理磁道访问请求，而返回时直接快速移动至最靠边缘的磁道，也就是复位磁头，这个过程是很快的，并且**返回中途不处理任何请求**，该算法的特点，就是**磁道只响应一个方向上的请求**。

##### 5. LOOK 与 CLOOK 算法 #####

我们前面说到的扫描算法和循环扫描算法，都是磁头移动到磁盘「最始端或最末端」才开始调换方向。  
那这其实是可以优化的，优化的思路就是**磁头在移动到「最远的请求」位置，然后立即反向移动。**  
那针对 SCAN 算法的优化则叫 LOOK 算法，它的工作方式，磁头在每个方向上仅仅移动到最远的请求位置，然后立即反向移动，而不需要移动到磁盘的最始端或最末端，**反向移动的途中会响应请求。**

#### 5.2 进程写文件时，进程发生了崩溃，已写入的数据会丢失吗？ ####

大概就是，进程写文件（使用缓冲 IO）过程中，写一半的时候，进程发生了崩溃，已写入的数据会丢失吗？  
答案，是不会的。  
![image.png][]  
因为进程在执行 write （使用缓冲 IO）系统调用的时候，实际上是将文件数据写到了内核的 page cache，它是文件系统中用于缓存文件数据的缓冲，所以即使进程崩溃了，文件数据还是保留在内核的 page cache，我们读数据的时候，也是从内核的 page cache 读取，因此还是依然读的进程崩溃前写入的数据。  
内核会找个合适的时机，将 page cache 中的数据持久化到磁盘。但是如果 page cache 里的文件数据，在持久化到磁盘化到磁盘之前，系统发生了崩溃，那这部分数据就会丢失了。  
当然， 我们也可以在程序里调用 fsync 函数，在写文文件的时候，立刻将文件数据持久化到磁盘，这样就可以解决系统崩溃导致的文件数据丢失的问题。  
[7.2 进程写文件时，进程发生了崩溃，已写入的数据会丢失吗？][7.2]

#### 5.3 进程写文件时，断电了，文件内容会丢失吗？ ####

写文件的时候，操作系统为了加快写的效率，通常会使用 page cache 技术，也就是先把数据写到内存，然后在某个时机再进行统一刷盘，已到达空间换时间的目的。  
如果在写的过程中，断电了，存在内存中的数据是会丢失的，至于丢失多少，主要取决于刷盘的时机，也就是 kernel 的参数（可以使用 `sysctl -a | grep dirty` ）进行查看。

#### 5.4 Linux 脏页刷盘的参数有哪些？ ####

*  ![image.png][image.png 1]
 *  如上参数分三组，任何一组参数的条件满足即会将脏数据刷新到磁盘

##### 1. 根据脏数据的绝对大小 #####

*  `vm.dirty_background_bytes` ： 触发会刷的脏数据大小，单位：byte，默认：0
 *  `vm.dirty_bytes` ： 触发回刷的脏数据大小（会阻塞应用进程异步写数据到cache），默认：0

##### 2. 根据脏数据占可用内存的比例 #####

`vm.dirty_background_ratio` : 内存中脏数据达到系统可用内存的百分比时，会触发内核会启 flush进程将内存中的脏数据刷新到磁盘。此时应用进程不会被阻塞。默认：10  
`vm.dirty_ratio` : 内存中脏数据达到系统可用内存的百分比时，会触发使系统不得不开始处理缓存脏页（因为此时脏页数量已经比较多，为了避免数据丢失需要将一定脏页刷入外存）；在此过程中很多应用进程可能会因为OS处理文件IO而阻塞。默认：20

> PS:XXX\_bytes 参数如果设置，则XXX\_ratio的参数会被忽略

##### 3. 定时起线程刷新 #####

`vm.dirty_expire_centisecs` ： 脏数据超时回刷时间。下一次刷新线程唤醒时，内存中脏数据的时间超过此间隔的数据将会刷新到磁盘 。单位：1/100s，默认：3000,  
`dirty_writeback_centisecs` : 脏数据回刷进程定期唤醒时间，单位：1/100s，默认：500

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[7.2]: https://xiaolincoding.com/os/6_file_system/pagecache.html#page-cache
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/06/f19207ac0c2940dd8f257e9d35bab1a4.png