[论文解读] FILE SYSTEM – A COMPONENT OF OPERATING SYSTEM

Brijender Kahanwal, Tejinder Singh+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2013

Advanced Data Storage Technologies参考文献 8被引用 1

一句话总结

本文全面概述了文件系统作为操作系统核心组件的作用，详细说明了其在管理辅存数据方面的角色。文章从用户进程到存储设备的分层架构展开，强调了在效率、安全性和节能文件系统设计方面持续研究的必要性，以缩小与快速发展的硬件之间的差距。

ABSTRACT

The file system provides the mechanism for online storage and access to file contents, including data and programs. This paper covers the high-level details of file systems, as well as related topics such as the disk cache, the file system interface to the kernel, and the user-level APIs that use the features of the file system. It will give you a thorough understanding of how a file system works in general. The main component of the operating system is the file system. It is used to create, manipulate, store, and retrieve data. At the highest level, a file system is a way to manage information on a secondary storage medium. There are so many layers under and above the file system. All the layers are to be fully described here. This paper will give the explanatory knowledge of the file system designers and the researchers in the area. The complete path from the user process to secondary storage device is to be mentioned. File system is the area where the researchers are doing lot of job and there is always a need to do more work. The work is going on for the efficient, secure, energy saving techniques for the file systems. As we know that the hardware is going to be fast in performance and low-priced day by day. The software is not built to comeback with the hardware technology. So there is a need to do research in this area to bridge the technology gap.

研究动机与目标

• 提供对文件系统组件及其在操作系统中作用的详细理解。
• 解释从用户进程到辅存设备的完整数据传输路径。
• 强调在文件系统效率、安全性和节能方面持续研究的必要性。
• 应对高性能硬件与性能不足的软件文件系统之间日益扩大的技术差距。
• 为研究人员和设计者提供基础知识，以推动文件系统技术的发展。

提出的方法

• 描述文件系统作为在线存储和访问数据及程序机制的高层设计。
• 详细说明文件系统的分层架构，包括磁盘缓存、内核接口和用户级API。
• 映射从用户级应用程序通过系统调用到辅存设备的数据流。
• 分析文件系统组件与操作系统内核之间的相互作用。
• 调查当前文件系统优化的研究趋势，特别是针对性能、安全性和能效的优化。
• 识别阻碍文件系统跟上硬件进步的架构和设计挑战。

实验结果

研究问题

• RQ1 文件系统如何在操作系统的多个层次上管理数据的存储、检索和操作？
• RQ2 连接用户进程与辅存设备的关键组件和接口是什么？
• RQ3 为何现代硬件与现有文件系统软件之间的性能差距正在不断扩大？
• RQ4 在设计高效、安全且节能的文件系统方面，仍存在哪些研究挑战？
• RQ5 文件系统设计如何演进以匹配硬件在速度和成本降低方面的创新步伐？

主要发现

• 文件系统是操作系统的基础，使在辅存上创建、操作、存储和检索数据成为可能。
• 从用户进程到存储设备的数据路径涉及多个层次，包括用户级API、内核接口和磁盘缓存机制。
• 尽管硬件性能迅速提升，但软件文件系统未能同步发展，导致关键的技术差距。
• 持续研究对于开发高效、安全且节能的文件系统以满足现代计算需求至关重要。
• 本文将文件系统设计确定为持续创新的关键领域，以使软件能力与不断演进的硬件能力保持一致。