目前很多文件系統(tǒng)基于Fuse開(kāi)發(fā)，作者深入鉆研Fuse代碼后，總結(jié)出開(kāi)發(fā)此類文件系統(tǒng)時(shí)可考慮的優(yōu)化方案，拿出來(lái)與大家討論討論，如有不準(zhǔn)確的地方，還望大家不吝賜教。閱讀本文前，我假設(shè)你對(duì)Fuse有了足夠多的了解（起碼知道Fuse有兩個(gè)模塊：Fuse Kernel 和LibFuse以及知道一個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用行為如何傳遞至我們自己開(kāi)發(fā)的基于Fuse的文件系統(tǒng)），否則，請(qǐng)先移步。

優(yōu)化1：延長(zhǎng)元數(shù)據(jù)有效時(shí)間

Linux中每個(gè)打開(kāi)文件在內(nèi)核中擁有兩種元數(shù)據(jù)信息：struct dentry和struct inode，它們是文件在內(nèi)核的基礎(chǔ)。所有對(duì)文件的操作，都需要先獲取文件這兩個(gè)結(jié)構(gòu)方可繼續(xù)下去，而這兩個(gè)結(jié)構(gòu)又是由具體文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)構(gòu)造填充。以下兩點(diǎn)解釋了元數(shù)據(jù)優(yōu)化的必要性：

1).  應(yīng)用程序調(diào)用文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)接口時(shí)，傳入的參數(shù)一般為文件路徑，如open(“a/b/c/d.txt”)，內(nèi)核需要對(duì)路徑名進(jìn)行解析，從根目錄開(kāi)始，根據(jù)路徑中的每個(gè)分量獲取其dentry和inode，接著解析路徑的下一個(gè)分量，直至解析出目的文件的inode和dentry，如果路徑名分量中的dentry沒(méi)有緩存在內(nèi)存中，需要從具體文件系統(tǒng)上讀出（這就耗時(shí)多了）。

2). 很多應(yīng)用程序喜歡調(diào)用stat接口以獲取文件屬性，內(nèi)核實(shí)現(xiàn)其實(shí)是找到文件inode，從inode中獲取文件屬性。如果inode沒(méi)有被緩存，則需要從具體文件系統(tǒng)中獲取（可能會(huì)很耗時(shí)）。

因?yàn)镕use的內(nèi)核模塊只是一個(gè)橋梁，連接了應(yīng)用程序和我們基于Fuse開(kāi)發(fā)的文件系統(tǒng)。所以，按照道理說(shuō)，每次獲取文件/目錄的inode以及dentry的時(shí)候Fuse內(nèi)核模塊都應(yīng)該去LibFuse以及我們的文件系統(tǒng)走一遭。

但是這樣做的話缺點(diǎn)非常明顯：IO路徑拉長(zhǎng)，效率變低，而且假如我們基于fuse開(kāi)發(fā)的文件系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（例如NOS等），可能會(huì)導(dǎo)致后端服務(wù)器壓力增大。

有鑒于此，F(xiàn)use的作者在Kernel Fuse模塊中增加了元數(shù)據(jù)緩存，包含dentry和inode緩存。相比本地文件系統(tǒng)，我們必須時(shí)刻警惕一個(gè)問(wèn)題：緩存有效性。所以，如何在提升性能的同時(shí)又盡量保證正確性是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

利用fuse掛載我們自己文件系統(tǒng)時(shí)，可指定dentry以及inode屬性有效時(shí)間，當(dāng)然這個(gè)有效時(shí)間得具體問(wèn)題具體設(shè)置了，無(wú)統(tǒng)一答案。

優(yōu)化方法：fuse掛載指定 –o entry_timeout=T –o attr_timeout=T

優(yōu)化建議：五顆星

優(yōu)化2：擴(kuò)大每次寫(xiě)入頁(yè)面數(shù)

應(yīng)用程序每次對(duì)基于Fuse開(kāi)發(fā)的文件系統(tǒng)的文件寫(xiě)入必先經(jīng)過(guò)Kernel Fuse模塊，Kernel Fuse其實(shí)是有很大權(quán)限決定何時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到用戶態(tài)文件系統(tǒng)的。寫(xiě)的越頻繁，效率必然越低，但一致性可能會(huì)更好，控制寫(xiě)入頻率其實(shí)也是一個(gè)權(quán)衡的過(guò)程。

如果稍微熟悉Kernel你可能就會(huì)知道內(nèi)核的IO其實(shí)是以Page為單位的。內(nèi)核會(huì)將應(yīng)用程序的寫(xiě)入請(qǐng)求按照PAGE_SIZE劃分成多個(gè)page，然后再對(duì)page進(jìn)行IO，簡(jiǎn)潔優(yōu)美。

如果不作優(yōu)化，Kernel Fuse對(duì)應(yīng)用程序的每次page都會(huì)調(diào)用一次用戶態(tài)文件系統(tǒng)的寫(xiě)操作，這樣假如我們用戶態(tài)的64KB的寫(xiě)請(qǐng)求，按照默認(rèn)的PAGE_SIZE(4KB)可能會(huì)觸發(fā)16次的用戶態(tài)寫(xiě)，實(shí)際IO次數(shù)被放大，效率嚴(yán)重下降。如果采取優(yōu)化，Kernel Fuse默認(rèn)會(huì)每128KB才觸發(fā)一次用戶態(tài)文件系統(tǒng)寫(xiě)調(diào)用，當(dāng)然亦可指定觸發(fā)寫(xiě)調(diào)用的閾值。

優(yōu)化方法：fuse掛載指定 –o big_write –o max_write=N

優(yōu)化建議：五顆星

優(yōu)化3：開(kāi)啟內(nèi)核讀緩存

Linux文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充分利用了內(nèi)存來(lái)緩存文件數(shù)據(jù)，這樣應(yīng)用程序很多時(shí)候讀文件其實(shí)只需從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)至用戶態(tài)緩沖區(qū)即可，根本不必啟動(dòng)磁盤(pán)IO。

由于Fuse的特殊性，需要嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)緩存行為（看看我們前面提到的元數(shù)據(jù)緩存吧），因?yàn)榭赡芪覀儗?shí)現(xiàn)的基于Fuse的文件系統(tǒng)其實(shí)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，那么如果使用內(nèi)核緩存，可能就讀到臟數(shù)據(jù)，因?yàn)樽鳛橛脩魬B(tài)的你是很難控制內(nèi)核的行為的。

不過(guò)Fuse的作者非常周到，它提供了多種掛載選項(xiàng)，來(lái)控制緩存行為，但友情提醒：一旦選擇開(kāi)啟緩存，請(qǐng)為自己的可能讀的過(guò)期數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)。

優(yōu)化方法：fuse掛載指定 –o kernel_cache –o auto_cache

順便提一句：我們上面說(shuō)的都是參數(shù)kernel_cache的行為，沒(méi)有說(shuō)明auto_cache的行為，留給各位讀者仔細(xì)研究吧，提個(gè)醒：該選項(xiàng)是基于文件修改時(shí)間進(jìn)行內(nèi)核緩存有效性檢測(cè)的優(yōu)化策略。

優(yōu)化建議：三顆星

優(yōu)化4：擴(kuò)大預(yù)讀窗口

預(yù)讀是在是一件有趣的事情。Linux內(nèi)核通過(guò)預(yù)讀改變了應(yīng)用程序的原始讀行為。比如應(yīng)用程序發(fā)起了一個(gè)16KB的讀請(qǐng)求，內(nèi)核可能莫名其妙地讀取64KB數(shù)據(jù)等。當(dāng)然，它這么做肯定有其道理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：一切為了性能，為了性能的一切。另外，我會(huì)在近期推出一篇預(yù)讀相關(guān)文章，詳細(xì)闡述預(yù)讀機(jī)制，敬請(qǐng)關(guān)注。

Fuse允許掛載用戶態(tài)文件系統(tǒng)時(shí)指定預(yù)讀窗口大小，F(xiàn)use會(huì)用該設(shè)定值作為***的預(yù)讀窗口大小，若不指定，會(huì)采用Linux默認(rèn)的***預(yù)讀窗口大小128KB。但是其實(shí)如果你設(shè)置了Fuse的預(yù)讀窗口超過(guò)Linux默認(rèn)的128KB也是徒勞，因?yàn)閂FS不允許預(yù)讀窗口超過(guò)128KB限制，所以總的來(lái)說(shuō)，優(yōu)化的意義不大。

優(yōu)化方法：fuse掛載指定 –o max_readahead = N

優(yōu)化建議：一顆星

優(yōu)化5：使用DirectIO取代BufferIO

有些時(shí)候，應(yīng)用程序希望繞過(guò)OS的緩存而自己管理緩存（如數(shù)據(jù)庫(kù)），這需要文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)DIRECTIO方法。

同樣，貼心的Fuse作者也為我們提供了directIO方式的讀寫(xiě)。相比BufferIO方式，DirectIO的***優(yōu)勢(shì)在于減少了數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序緩沖區(qū)拷貝至內(nèi)核態(tài)的開(kāi)銷，對(duì)于大量順序?qū)懙膽?yīng)用場(chǎng)景，性能可能會(huì)有一定提升。

當(dāng)然，如果采用DirectIO，恐怕***的問(wèn)題就是read也無(wú)法使用內(nèi)核緩存了，很多時(shí)候這是我們無(wú)法忍受的，常常來(lái)說(shuō)，文件系統(tǒng)讀請(qǐng)求會(huì)遠(yuǎn)多于寫(xiě)，所以，優(yōu)化前望三思。

優(yōu)化方法：fuse掛載指定 -o direct_io

優(yōu)化建議：一顆星