1.文件系统怎样映射
文件系统由多个模块组成，每一层都是对下一层设备的概念的屏蔽
文件系统结构.png
I/O控制层：是为了屏蔽各个厂商的设备差异，所以包含了设备驱动程序和一些终端处理程序，它们之间在使用的时候是通过I/O总线来进行操作的。
基本文件系统层： 主要是内核系统使用，它需要维护内核缓冲区，目录和数据块加载到内存后的数据结构。 以及发送命令给I/O 控制层。
文件组织模块：对于一个存储在设备上的文件，文件组织模块直到他们物理块是如何实现的，比如是链表还是索引，然后根据分配和存储规则对文件进行 逻辑块到物理块的映射。
逻辑文件系统: 维护文件控制块，包括文件属性和权限信息，和目录结构。
这些层共同组成文件系统。
- 文件I/O 有哪些，文件的的I/O的具体过程。
一般的文件有 open, read , write 和seek 操作。
open 打开文件时，文件系统首先搜索目录结构，找到对应的文件，然后把文件目录加载到内存， 然后会在内核文件表 加一个条目，表示打开了这个文件，并且进程的地址空间中的打开文件表中也加上一个条目，表示进程打开了这个文件。当文件被多个进程打开时，在进程的地址空间中加上一个打开的文件描述符，而内核的打开进程表中，只需要进行引用计数即可。
read 读取文件数据，操作系统内核进行对I/O控制器执行read 命令请求。 控制器通过I/O端口的四个寄存器来实现读写。 控制器检查 状态寄存器的位，如果忙，就进行等待，如果不忙，就把状态寄存器置为忙，并把需要读取的数据读到数据输出寄存器上，然后一个字或者一个字节的读到内存中。后来有了DMA，就可以等待都写入到缓冲区，等待数据准备好了，就把DMA的数据 一块发给内存。
write 和read 的操作类型。只不过相反。
seek 表示移动当前位置，这个需要看文件的组织结构是什么样的，一般以扇区（一般为512字节）或者块进行分配，它会有链式结构和索引结构的分配方式，所以进行索引的时候，需要根据分配的方法进行索引。
- RAID 矩阵是怎么回事？
RAID 矩阵指的是 将将多个磁盘进行合并，从而组成可以提高更好的性能，冗余的数据存储。
一般分为不同的级别。
RAID0 ：需要两块盘，数据分布在不同的盘上，从而可以在读取或者写入的时候，并行进行，从而得到更好的性能。但是他不安全。一个磁盘损坏，导致这个文件都坏了
RAID1：需要两块盘， 数据分布在两个盘上，两个进行互备。从而保证数据的安全。
RAID5：RAID 5至少需要三个硬盘，RAID5 不是对存储的数据备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5 的各个磁盘上，并且就检验码信息和相对应的数据分别存储在不同的磁盘上。当RAID5 的任何一个磁盘数据反生损坏，可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验码信息去恢复被损坏的数据。
RAID6 至少需要4个硬盘，与RAID5 相似，RAID6也是不对 存储数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储在RAID6的各个磁盘， 与RAID5不同的是，RAID6有两个校验盘，即使同时又两块硬盘出问题，它也可以利用剩下的数据和相应的奇偶信息恢复损坏的磁盘。
RAID-1+0 :
RAID 10 仅用于硬盘的情况下，把4个硬盘分为两组，每组的两个互为RAID1。然后 在做RAID1。
RAID-0+1 ：多块硬盘先实现RAID0,然后再组成RAID1，相比RAID10,表面看没什么区别，但风险更大，使用一般不采用。
- unix 的文件系统是怎么构成的？
了解文件系统构成之前，先了解下Unix 下的三个概念。
superblock：记录此 filesystem 的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与相关信息等；
inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的 block 号码；
block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个 block 。
每个 inode 与 block 都有编号，而每个文件都会占用一个 inode ，inode 内则有文件数据放置的 block 号码。 因此，我们可以知道的是，如果能够找到文件的 inode 的话，那么自然就会知道这个文件所放置数据的 block 号码， 当然也就能够读出该文件的实际数据了。
这样一来我们的磁盘就能够在短时间内读取出全部的数据， 读写的效能比较好啦。
我们将 inode 与 block 区块用图解来说明一下，如下图所示，文件系统先格式化出 inode 与 block 的区块，假设某一个文件的属性与权限数据是放置到 inode 4 号(下图较小方格内)，而这个 inode 记录了文件数据的实际放置点为 2, 7, 13, 15 这四个 block 号码，此时我们的操作系统就能够据此来排列磁盘的阅读顺序，可以一口气将四个 block 内容读出来！ 那么数据的读取就如同下图中的箭头所指定的模样了。
inode-block结构.png
- 如何理解I/O模式和I/O复用
在 Linux 的缓存 I/O 机制中，操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存（ page cache ）中，也就是说，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。
所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段： - 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
- 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)
正式因为这两个阶段，linux系统产生了下面五种网络模式的方案。
- 阻塞 I/O（blocking IO）
- 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
- I/O 多路复用（ IO multiplexing）
- 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
- 异步 I/O（asynchronous IO）
阻塞I/O
在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程大概是这样：
阻塞I:O.png
当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据（对于网络IO来说，很多时候数据在一开始还没有到达。比如，还没有收到一个完整的UDP包。这个时候kernel就要等待足够的数据到来）。这个过程需要等待，也就是说数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中是需要一个过程的。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞（当然，是进程自己选择的阻塞）。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
所以，blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。
** 非阻塞 I/O（nonblocking IO）**
linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：
非阻塞I:O模式.png
当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
所以，nonblocking IO的特点是用户进程需要不断的主动询问kernel数据好了没有。
I/O 复用
IO multiplexing就是我们说的select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO。select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
I:O 复用.png
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。
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