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区块链网站开发,个人网站设计教程,郑州网站推广排名,网页在线设计软件#x1f525; Linux Storage Stack 终极详细解读#xff08;精简但超透彻#xff09; 下面按照存储 I/O 从 应用 → 内核 → VFS → Page Cache → Block Layer → 设备 → 物理硬件 的顺序讲。 Linux Storage Stack Diagram ① 应用层#xff08;Userspace#xff09; …Linux Storage Stack 终极详细解读精简但超透彻下面按照存储 I/O 从应用 → 内核 → VFS → Page Cache → Block Layer → 设备 → 物理硬件的顺序讲。Linux Storage Stack Diagram① 应用层Userspace应用通过系统调用进入内核调用作用read/write最典型的 I/Opread/pwrite带偏移open/close打开文件句柄fsync/fdatasync刷写到磁盘mmap将文件映射到虚拟内存O_DIRECT绕过 page cache⭐ 核心概念默认 I/O都走 page cache缓存读写。O_DIRECT直接下发 BIO没有缓存也无合并能力需要对齐。mmap读写数据也等价于读写 page cache。② VFS 层Virtual File SystemVFS 是所有文件系统的统一接口。它不干活只做路由 抽象。⭐ VFS 只负责inode 抽象dentries通用的 read/write/open 接口转发到具体文件系统⭐ 支持的文件系统类型图中四类类别示例特点Block-based FSext2/ext3/ext4、xfs、btrfs、f2fs工作在 block device 上Network FSNFS、SMB、CephFS底层不是块设备是网络Pseudo FSprocfs、sysfs、tmpfs、devtmpfs内核自身结构或内存Stackable FSoverlayfs、unionfs、ecryptfs叠加构造新文件系统FUSEs3fs、sshfs文件系统逻辑在用户态处理③ Page Cache页面缓存Linux I/O 的核心加速层。⭐ 作用读缓存命中返回内存不命中才下发 I/O写缓存write() 直接写 RAM → 变成 dirty page → 后台 flush 线程刷到磁盘合并小 I/O多个小写合并成大块 sequential 写提高性能⭐ 调优关注点vm.dirty_ratio、vm.dirty_background_ratio、写回速率、readahead④ Direct I/O绕过 page cacheVFS 会直接构造 BIO 给 block layer。特点不缓存不合并要求对齐性能依赖硬件与 block 层调度数据库通常搭配 O_DIRECT。⑤ BIOblock I/O结构BIO 是 Linux 存储栈的原子 I/O 单元。BIO 含有sector扇区号vec页列表操作类型读/写回调函数BIO 由 FS 或 Direct I/O 产生 → block layer 接收。⑥ Block Layer块层核心调度中心。分为两套模式⑥-1传统单队列I/O Scheduler图中黄色模块noop、cfq、deadline调度器适用场景noopSSD、RAID、有自己调度逻辑的设备deadline数据库场景、低延迟写入cfq已废弃桌面系统功能合并 I/O、排序、延迟控制、限速。⑥-2blk-mq 多队列现代内核blk-mq每 CPU / 每硬件队列一个队列彻底并行化。NVMe 取代传统队列 → 每个核独立 IO 队列virtio-blk、scsi-mq 也使用 blk-mq优点并发高锁竞争低最适合 SSD / NVMe / 高 IOPS 场景现代系统默认使用 blk-mq。⑦ Device Mapper可选叠加层图中央蓝色方框。device-mapperdm是 Linux 强大的虚拟块层。常见模块模块作用LVM (dm-linear)逻辑卷dm-multipath多路径SANdm-crypt (LUKS)加密dm-cacheSSD/NVMe 作缓存dm-raid / mdraidRAIDbcache大容量 HDD SSD 缓存可以“任意组合叠加”。例如文件系统 → dm-crypt → dm-cache → RAID → NVMe每层都会增加一点延迟与复杂度。⑧ 块设备驱动Block Drivers图中的蓝色设备节点设备含义/dev/sdXSCSI / SATA 磁盘/dev/nvmeXnYNVMe/dev/vdXvirtio/dev/loopX文件映射成块设备/dev/nbdX网络块设备/dev/rbdXCeph RBD/dev/mdXmdadm RAID/dev/dm-Xdevice-mapper 生成的设备驱动负责构造命令与 HBA/NVMe 控制器交互完成中断处理⑨ SCSI 中层 传输类左下灰色区域SCSI 是一个“协议栈”后端可以是遥远的 SANFCTCPiSCSISASSATA通过 libataUSB Mass StorageSCSI 层负责把块请求转换为 SCSI CommandREAD/WRITE、INQUIRY发送到 transport class:scsi_transport_fc光纤scsi_transport_sasscsi_transport_iscsiSCSI 全局架构使得不同存储介质都可以统一呈现为/dev/sdX。⑩ 底层物理设备最底部橙色区域SATA 硬盘SAS 硬盘SSDSATA/SAS/NVMeNVMePCIeSD 卡UFS手机服务器 RAID 卡LSI、Adaptec、MegaRAID虚拟存储VMware、KVM、XenIO 最终落到硬盘/闪存控制器。⑪ Target(LIO) —— 反向路径左上角Linux 内核可以把自己的块设备“导出去”给别人用iSCSI TargetUSB Gadget做成 U 盘Fibre Channel TargetNVMe-oF Targettarget_core_mod是核心组件。常见用途构建软件 SAN本地盘共享给其它节点 全流程串起来最核心的一张图下面是一次普通 write() 的真实路径APP → VFS → Page Cache(写脏页) →稍后flush/writeback → BIO → Block Layer调度/多队列 → DM可选LVM/crypt/raid/cache → 驱动SAS/NVMe/virtio/… → 硬件SSD/HDD/NVMe如果是 O_DIRECTAPP → VFS → BIO跳过 page cache → Block Layer → DM → 驱动 → 设备如果是网络文件系统NFS/CephAPP → VFS → Network FS client → 网络栈 → 服务器最终总结最简洁版下面是这张图的一句话 per block 概括模块一句话说明应用发起 read/writeVFS统一文件接口FSext4/xfs/btrfs/nfs… 解析元数据并生成 I/OPage Cache读写缓存加速90% I/ODirect I/O绕过缓存直接生成 BIOBIO基础块 I/O 单元Block Layer调度、合并、多队列并行I/O Scheduler对 HDD 友好现代 NVMe 依赖 blk-mqblk-mq高并发 NVMe / virtio 的核心Device MapperLVM、加密、RAID、多路径、缓存Block DriversNVMe/SCSI/SATA/virtio 等SCSI Layer协议中间层iSCSI/FC/SASTransport具体总线SAS/SATA/FC/iSCSI物理设备最终的 SSD/HDD/NVMeLIO把本地盘导出给别人想要我继续深化哪一部分你可以告诉我你想进一步深入哪个模块Page Cache 写回机制blk-mq 多队列内部流程NVMe 队列深度和 IOPS 调优LVM/dm-crypt 性能影响RAID vs dm-raid vs mdadm 的区别数据库MySQL/Oracle最佳 I/O 路径如何根据 iostat / blktrace 分析瓶颈