1
// 文件系统的核心数据结构
2
struct Superblock {
3
    uint32_t  s_inodes_count;     // inode 总数
4
    uint32_t  s_blocks_count;     // 块总数
5
    uint32_t  s_free_blocks;      // 空闲块数
6
    uint32_t  s_log_block_size;   // 块大小（1KB << s_log_block_size）
7
    uint32_t  s_blocks_per_group; // 每组块数
8
    char      s_uuid[16];         // 文件系统 UUID
9
};
10

11
struct Inode {
12
    uint16_t  i_mode;             // 文件类型与权限
13
    uint32_t  i_size;             // 文件大小
14
    uint32_t  i_atime;            // 访问时间
15
    uint32_t  i_mtime;            // 修改时间
16
    uint32_t  i_ctime;            // 状态变更时间
17
    uint32_t  i_blocks[15];       // 数据块指针（直接/间接）
18
    // ext4: i_block 变为 extent 树
19
};

1
# 查看当前日志模式
2
dumpe2fs /dev/sda1 | grep "Filesystem features"
3
# 或
4
cat /proc/mounts | grep ext4
5

6
# 设置日志模式
7
mount -o data=journal /dev/sda1 /mnt/data    # 最安全
8
mount -o data=ordered /dev/sda1 /mnt/data     # 默认
9
mount -o data=writeback /dev/sda1 /mnt/data   # 最快
10

11
# 在 /etc/fstab 中配置
12
# /dev/sda1 /mnt/data ext4 defaults,data=ordered 0 0

1
# 数据库推荐的 ext4 挂载选项
2
mount -o noatime,nodiratime,data=ordered,barrier=1 \
3
    /dev/sda1 /var/lib/mysql
4

5
# 各选项说明：
6
# noatime      — 不更新访问时间，减少元数据写入
7
# nodiratime   — 不更新目录访问时间
8
# data=ordered — 默认日志模式
9
# barrier=1    — 启用写屏障，保证写入顺序（重要！）

1
# 数据库推荐的 XFS 挂载选项
2
mkfs.xfs -f -b size=4096 -d su=64k,sw=4 /dev/sda1
3
mount -o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k \
4
    /dev/sda1 /var/lib/mysql
5

6
# 各选项说明：
7
# -b size=4096       — 块大小 4KB
8
# -d su=64k,sw=4     — 条带单元 64KB，条带宽度 4（RAID 优化）
9
# logbufs=8          — 日志缓冲数量
10
# logbsize=256k      — 日志缓冲大小

1
// Btrfs CoW 写入流程（简化）
2
void btrfs_write(struct btrfs_fs *fs, u64 ino,
3
                 u64 offset, void *data, int len) {
4
    // 1. 分配新的数据块（不覆盖旧块）
5
    u64 new_bytenr = allocate_chunk(fs);
6

7
    // 2. 写入数据到新块
8
    write_data(new_bytenr, data, len);
9

10
    // 3. 更新 extent 树（记录新块的引用）
11
    update_extent_tree(fs, new_bytenr, len);
12

13
    // 4. 更新文件树的叶子节点（CoW 路径）
14
    update_file_tree(fs, ino, offset, new_bytenr, len);
15
    // 这一步也会触发 CoW：从叶子到根的路径都需要复制
16

17
    // 5. 更新超级块（原子切换根节点）
18
    commit_super(fs);
19

20
    // 6. 旧块变为可回收
21
    // 不会被立即删除，快照可能还在引用
22
}

1
# 创建子卷
2
btrfs subvolume create /mnt/data/mysql
3
btrfs subvolume create /mnt/data/postgres
4
btrfs subvolume create /mnt/data/backup
5

6
# 查看子卷
7
btrfs subvolume list /mnt/data
8

9
# 创建快照（瞬间完成，零额外空间）
10
btrfs subvolume snapshot /mnt/data/mysql /mnt/data/mysql-snap-$(date +%Y%m%d)
11

12
# 从快照恢复
13
btrfs subvolume delete /mnt/data/mysql
14
btrfs subvolume snapshot /mnt/data/mysql-snap-20260601 /mnt/data/mysql
15

16
# 设置子卷为默认挂载
17
btrfs subvolume set-default 256 /mnt/data/mysql

1
# 启用压缩挂载
2
mount -o compress=zstd:3 /dev/sda1 /mnt/data
3
# 压缩级别：1（最快）到 15（最高压缩比），推荐 3
4

5
# 查看压缩效果
6
compsize /mnt/data/mysql
7
# Type       Perc     Disk Usage   Uncompressed Referenced
8
# TOTAL       45%      2.3G         5.1G         5.1G
9

10
# 对数据库的影响：
11
# - 减少磁盘空间占用
12
# - 减少实际 I/O 量（CPU 换 I/O）
13
# - 可能增加写入延迟（压缩开销）

1
# 文件系统写入开销对比
2
import time
3

4
filesystems = {
5
    "ext4 (journal)": {"overhead": "2x", "safety": "高"},
6
    "ext4 (ordered)": {"overhead": "1.3x", "safety": "高"},
7
    "ext4 (writeback)": {"overhead": "1.1x", "safety": "低"},
8
    "XFS": {"overhead": "1.2x", "safety": "高"},
9
    "Btrfs (zstd)": {"overhead": "1.5x", "safety": "高"},
10
    "ext4 (nojournal)": {"overhead": "1.0x", "safety": "低"},
11
}
12

13
for fs, info in filesystems.items():
14
    print(f"{fs:25s} | 写入开销: {info['overhead']:5s} | 安全性: {info['safety']}")

1
// 数据库如何保证数据持久化
2
void db_flush_page(int fd, void *page, size_t size) {
3
    // 1. 写入 WAL（必须先于数据页落盘）
4
    write(wal_fd, wal_record, wal_size);
5
    fdatasync(wal_fd);  // 确保 WAL 先落盘
6

7
    // 2. 写入数据页
8
    write(fd, page, size);
9
    fdatasync(fd);      // 确保数据页落盘
10

11
    // fdatasync vs fsync:
12
    // fdatasync — 只刷新数据，不刷新元数据（更快）
13
    // fsync    — 刷新数据 + 元数据
14
}
15

16
// 写屏障（Write Barrier）
17
// 文件系统通过写屏障保证写入顺序
18
// barrier=1 时，文件系统在关键点发送 CACHE FLUSH 命令
19
// 确保 WAL 写入在数据写入之前完成

1
# 查看文件系统类型和挂载选项
2
findmnt -n -o TARGET,FSTYPE,OPTIONS
3

4
# ext4 详细信息
5
dumpe2fs /dev/sda1 | head -50
6

7
# XFS 详细信息
8
xfs_info /mnt/data
9

10
# Btrfs 详细信息
11
btrfs filesystem df /mnt/data
12
btrfs device usage /mnt/data

1
# ext4 碎片化检查
2
e4defrag -c /var/lib/mysql/ibdata1
3

4
# XFS 碎片化检查
5
xfs_db -c "frag -f" /dev/sda1
6

7
# Btrfs 碎片化检查
8
btrfs filesystem df /mnt/data

1
# 使用 fio 测试不同文件系统的性能
2
# ext4
3
mount -t ext4 -o noatime,data=ordered /dev/sda1 /mnt/ext4
4
fio --name=ext4-test --directory=/mnt/ext4 --rw=randwrite --bs=4k \
5
    --size=1G --numjobs=4 --iodepth=32 --ioengine=libaio --direct=1
6

7
# XFS
8
mount -t xfs -o noatime /dev/sdb1 /mnt/xfs
9
fio --name=xfs-test --directory=/mnt/xfs --rw=randwrite --bs=4k \
10
    --size=1G --numjobs=4 --iodepth=32 --ioengine=libaio --direct=1
11

12
# Btrfs
13
mount -t btrfs -o noatime,compress=zstd:3 /dev/sdc1 /mnt/btrfs
14
fio --name=btrfs-test --directory=/mnt/btrfs --rw=randwrite --bs=4k \
15
    --size=1G --numjobs=4 --iodepth=32 --ioengine=libaio --direct=1