Linux Storage Stack Diagram: Подробный разбор
Подсистема хранения данных в Linux состоит из нескольких уровней, которые обеспечивают работу с файловыми системами и устройствами хранения данных. Диаграмма, представленная выше, демонстрирует все ключевые элементы этого стека в ядре Linux версии 6.2. Разберем их подробно.
Подсистема хранения данных в Linux: Подробный разбор
1. Приложения и виртуальная файловая система (VFS)
На самом верхнем уровне стека находятся приложения, которые взаимодействуют с файловыми системами через системные вызовы. Эти вызовы, такие как open, read, write, проходят через слой виртуальной файловой системы (VFS), которая абстрагирует взаимодействие с различными типами файловых систем.
Файловые системы
VFS поддерживает различные типы файловых систем:
- Block-based FS: локальные файловые системы, такие как
ext4,xfs,btrfs,f2fsи другие. - Network FS: сетевые файловые системы, такие как
NFS,SMB,Ceph. - Pseudo FS: виртуальные файловые системы, такие как
proc,sysfs,fuse. - Raw Flash: файловые системы для флэш-памяти, такие как
UBIFSиJFFS2.
2. Слой блоков (Block Layer)
Слой блоков управляет блочными устройствами и отвечает за обработку операций ввода/вывода данных на диски. Это важный уровень, который помогает взаимодействовать с физическими устройствами через драйверы и контролирует доступ к ним.
Планировщики I/O
В Linux используется несколько планировщиков I/O, которые помогают оптимизировать операции чтения и записи данных:
- Kyber
- bfq
- mq-deadline
3. Device Mapper и RAID
Device Mapper позволяет создавать логические тома, поддерживает шифрование, кэширование и зеркалирование данных. Он используется для создания более сложных конфигураций хранения данных:
- dm-cache, dm-crypt, dm-mirror — примеры возможностей Device Mapper.
- md-RAID — программная реализация RAID для повышения отказоустойчивости и производительности.
4. SCSI и NVMe
Ниже в стеке находятся драйверы, обеспечивающие взаимодействие с устройствами хранения данных:
- SCSI — поддерживает устройства хранения данных, такие как жесткие диски и SSD, через SCSI-интерфейс.
- NVMe — драйвер для высокоскоростных SSD, подключенных через PCIe.
5. Физические устройства
Самый нижний уровень стека представлен физическими устройствами хранения данных:
- Устройства ATA/SATA (жесткие диски, SSD)
- PCIe NVMe накопители
- SPI-NAND флэш-устройства
- Энергонезависимая память (PMEM)
Заключение
Подсистема хранения данных в Linux — это многоуровневая архитектура, которая обеспечивает взаимодействие с файловыми системами, устройствами хранения и планировщиками I/O. Этот сложный механизм позволяет системе эффективно управлять данными и обеспечивать высокую производительность, гибкость и надежность при работе с устройствами хранения данных.