Accessing Files Different Ways to Access a File Canonical Mode (O_SYNC and O_DIRECT cleared) Synchronous Mode (O_SYNC flag set) Memory Mapping Mode Direct I/O Mode (O_DIRECT flag set, user space - disk) Asynchronous Mode Reading a file is
Accessing Files
Different Ways to Access a File
ð Canonical Mode (O_SYNC and O_DIRECT cleared)
ð Synchronous Mode (O_SYNC flag set)
ð Memory Mapping Mode
ð Direct I/O Mode (O_DIRECT flag set, user space disk)
ð Asynchronous Mode
Reading a file is always page-based: the kernel always transfers whole pages of data at once.
Allocate a new page frame -> fill the page with suitable portion of the file -> add the page to the page cache -> copy the requested bytes to the process address space
Writing to a file may involve disk space allocation because the file size may increase.
Reading from a File
/**
* do_generic_file_read - generic file read routine
* @filp: the file to read
* @ppos: current file position
* @desc: read_descriptor
* @actor: read method
*
* This is a generic file read routine, and uses the
* mapping->a_ops->readpage() function for the actual low-level stuff.
*
* This is really ugly. But the goto's actually try to clarify some
* of the logic when it comes to error handling etc.
*/
static void do_generic_file_read(struct file *filp, loff_t *ppos,
read_descriptor_t *desc, read_actor_t actor)
Read-Ahead of Files
Many disk accesses are sequential, that is, many adjacent sectors on disk are likely to be fetched when handling a series of process’s read requests on the same file.
Read-ahead consists of reading several adjacent pages of data of a regular file or block device file before they are actually requested. In most cases, this greatly improves the system performance, because it lets the disk controller handle fewer commands. In some cases, the kernel reduces or stops read-ahead when some random accesses to a file are performed.
Natural language description -> design (data structure + algo) -> code
Description:
ð Read-ahead may be gradually increased as long as the process keeps accessing the file sequentially.
ð Read-ahead must be scaled down when or even disabled when the current access is not sequential.
ð Read-ahead should be stopped when the process keeps accessing the same page over and over again or when almost all the pages of the file are in the cache.
Design:
Current window: a contiguous portion of the file consisting of pages being requested by the process
Ahead window: a contiguous portion of the file following the ones in the current window
/*
* Track a single file's readahead state
*/
struct file_ra_state {
pgoff_t start; /* where readahead started */
unsigned int size; /* # of readahead pages */
unsigned int async_size; /* do asynchronous readahead when
there are only # of pages ahead */
unsigned int ra_pages; /* Maximum readahead window */
unsigned int mmap_miss; /* Cache miss stat for mmap accesses */
loff_t prev_pos; /* Cache last read() position */
};
struct file {
…
struct file_ra_state f_ra;
…
}
When is read-ahead algorithm executed?
1. Read pages of file data
2. Allocate a page for a file memory mapping
3. Readahead(), posix_fadvise(), madvise()
Writing to a File
Deferred write
Memory Mapping
ð Shared Memory Mapping
ð Private Memory Mapping
System call: mmap(), munmap(), msync()
mmap, munmap - map or unmap files or devices into memory
msync - synchronize a file with a memory map
The kernel offers several hooks to customize the memory mapping mechanism for every different filesystem. The core of memory mapping implementation is delegated to a file object’s method named mmap. For disk-based filesystems and for block devices, this method is implemented by a generic function called generic_file_mmap().
Memory mapping mechanism depends on the demand paging mechanism.
For reasons of efficiency, page frames are not assigned to a memory mapping right after it has been created, but at the last moment that is, when the process tries to address one of its pages, thus causing a Page Fault exception.
Non-Linear Memory Mapping
The remap_file_pages() system call is used to create a non-linear mapping, that is, a mapping in which the pages of the file are mapped into a non-sequen‐
tial order in memory. The advantage of using remap_file_pages() over using repeated calls to mmap(2) is that the former approach does not require the ker‐
nel to create additional VMA (Virtual Memory Area) data structures.
To create a non-linear mapping we perform the following steps:
1. Use mmap(2) to create a mapping (which is initially linear). This mapping must be created with the MAP_SHARED flag.
2. Use one or more calls to remap_file_pages() to rearrange the correspondence between the pages of the mapping and the pages of the file. It is possible
to map the same page of a file into multiple locations within the mapped region.
Direct I/O Transfer
There’s no substantial difference between:
1. Accessing a regular file through filesystem
2. Accessing it by referencing its blocks on the underlying block device file
3. Establish a file memory mapping
However, some highly-sophisticated programs (self-caching application such as high-performance server) would like to have full control of the I/O data transfer mechanism.
Linux offers a simple way to bypass the page cache: direct I/O transfer.
O_DIRECT
Generic_file_direct_IO() -> __block_dev_direct_IO(), it does not return until all direct IO data transfers have been completed.
Asynchronous I/O
“Asynchronous” essentially means that when a User Mode process invokes a library function to read or write a file, the function terminates as soon as the read or write operation has been enqueued, possibly even before the real I/O data transfer takes place. The calling process thus continue its execution while the data is being transferred.
aio_read(3), aio_cancel(3), aio_error(3), aio_fsync(3), aio_return(3), aio_suspend(3), aio_write(3)
Asynchronous I/O Implementation
ð User-level Implementation
ð Kernel-level Implementation
User-level Implementation:
Clone the current process -> the child process issues synchronous I/O requests -> aio_xxx terminates in parent process
io_setup(2), io_cancel(2), io_destroy(2), io_getevents(2), io_submit(2)

데이터베이스 최적화에서 쿼리 요구 사항에 따라 인덱싱 전략을 선택해야합니다. 1. 쿼리에 여러 열이 포함되고 조건 순서가 수정되면 복합 인덱스를 사용하십시오. 2. 쿼리에 여러 열이 포함되어 있지만 조건 순서가 고정되지 않은 경우 여러 단일 열 인덱스를 사용하십시오. 복합 인덱스는 다중 열 쿼리를 최적화하는 데 적합한 반면 단일 열 인덱스는 단일 열 쿼리에 적합합니다.

MySQL 느린 쿼리를 최적화하려면 SlowQueryLog 및 Performance_Schema를 사용해야합니다. 1. SlowQueryLog 및 Set Stresholds를 사용하여 느린 쿼리를 기록합니다. 2. Performance_schema를 사용하여 쿼리 실행 세부 정보를 분석하고 성능 병목 현상을 찾고 최적화하십시오.

MySQL 및 SQL은 개발자에게 필수적인 기술입니다. 1.MySQL은 오픈 소스 관계형 데이터베이스 관리 시스템이며 SQL은 데이터베이스를 관리하고 작동하는 데 사용되는 표준 언어입니다. 2.MYSQL은 효율적인 데이터 저장 및 검색 기능을 통해 여러 스토리지 엔진을 지원하며 SQL은 간단한 문을 통해 복잡한 데이터 작업을 완료합니다. 3. 사용의 예에는 기본 쿼리 및 조건 별 필터링 및 정렬과 같은 고급 쿼리가 포함됩니다. 4. 일반적인 오류에는 구문 오류 및 성능 문제가 포함되며 SQL 문을 확인하고 설명 명령을 사용하여 최적화 할 수 있습니다. 5. 성능 최적화 기술에는 인덱스 사용, 전체 테이블 스캔 피하기, 조인 작업 최적화 및 코드 가독성 향상이 포함됩니다.

MySQL 비동기 마스터 슬레이브 복제는 Binlog를 통한 데이터 동기화를 가능하게하여 읽기 성능 및 고 가용성을 향상시킵니다. 1) 마스터 서버 레코드는 Binlog로 변경됩니다. 2) 슬레이브 서버는 I/O 스레드를 통해 Binlog를 읽습니다. 3) 서버 SQL 스레드는 데이터를 동기화하기 위해 Binlog를 적용합니다.

MySQL은 오픈 소스 관계형 데이터베이스 관리 시스템입니다. 1) 데이터베이스 및 테이블 작성 : CreateAbase 및 CreateTable 명령을 사용하십시오. 2) 기본 작업 : 삽입, 업데이트, 삭제 및 선택. 3) 고급 운영 : 가입, 하위 쿼리 및 거래 처리. 4) 디버깅 기술 : 확인, 데이터 유형 및 권한을 확인하십시오. 5) 최적화 제안 : 인덱스 사용, 선택을 피하고 거래를 사용하십시오.

MySQL의 설치 및 기본 작업에는 다음이 포함됩니다. 1. MySQL 다운로드 및 설치, 루트 사용자 비밀번호를 설정하십시오. 2. SQL 명령을 사용하여 CreateAbase 및 CreateTable과 같은 데이터베이스 및 테이블을 만듭니다. 3. CRUD 작업을 실행하고 삽입, 선택, 업데이트, 명령을 삭제합니다. 4. 성능을 최적화하고 복잡한 논리를 구현하기 위해 인덱스 및 저장 절차를 생성합니다. 이 단계를 사용하면 MySQL 데이터베이스를 처음부터 구축하고 관리 할 수 있습니다.

innodbbufferpool은 데이터와 색인 페이지를 메모리에로드하여 MySQL 데이터베이스의 성능을 향상시킵니다. 1) 데이터 페이지가 버퍼 풀에로드되어 디스크 I/O를 줄입니다. 2) 더러운 페이지는 정기적으로 디스크로 표시되고 새로 고침됩니다. 3) LRU 알고리즘 관리 데이터 페이지 제거. 4) 읽기 메커니즘은 가능한 데이터 페이지를 미리로드합니다.

MySQL은 설치가 간단하고 강력하며 데이터를 쉽게 관리하기 쉽기 때문에 초보자에게 적합합니다. 1. 다양한 운영 체제에 적합한 간단한 설치 및 구성. 2. 데이터베이스 및 테이블 작성, 삽입, 쿼리, 업데이트 및 삭제와 같은 기본 작업을 지원합니다. 3. 조인 작업 및 하위 쿼리와 같은 고급 기능을 제공합니다. 4. 인덱싱, 쿼리 최적화 및 테이블 파티셔닝을 통해 성능을 향상시킬 수 있습니다. 5. 데이터 보안 및 일관성을 보장하기위한 지원 백업, 복구 및 보안 조치.


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