本文是一位资深大数据开发工程师分享的面试笔记，涵盖了他对大数据相关岗位的理解及面试经历。笔记中详细描述了面试中针对IO栈、VFS、文件系统安装等关键问题的回答，展现了他的专业知识和实践经验。
岗位： 大数据开发工程师 从业年限： 5年
简介： 我是一名拥有5年经验的大数据开发工程师，擅长深入理解IO栈、VFS、文件系统安装与挂载，熟悉FUSE框架和AUFS，并能在不同场景下灵活选择和应用挂载方式。
问题1：请简述你对IO栈的理解，并以一个简单的例子说明它是如何在操作系统中工作的。
考察目标：考察对被面试人操作系统的理解程度。
回答： IO栈嘛，就是操作系统中处理输入输出操作的一套机制。想象一下，你在键盘上敲了一个命令，这个命令首先要被发送到用户空间的程序，比如shell。shell会解析这个命令，确定它想要做什么，比如列出当前目录的内容。然后，shell会执行一个系统调用，把这个命令交给内核处理。
内核接到这个请求后，就会开始处理。它会根据这个请求的类型，比如读取或写入文件，来执行相应的操作。在这个过程中，内核可能会使用到缓存来加速数据的读取，这就是为什么我们经常听到“page cache”这个词。内核会从磁盘中读取数据到内存中，这样可以大大加快数据的访问速度。
一旦数据被加载到内存中，内核就可以直接将这些数据返回给用户空间的程序，而不需要再次从磁盘读取。这就是为什么IO操作通常比直接从磁盘读取要快得多的原因。
IO栈还涉及到很多其他的细节，比如如何处理不同的文件系统，如何管理进程间的文件访问权限等等。这些都是大数据开发工程师在编写高性能应用程序时必须要考虑的问题。
总的来说，IO栈就像是一个桥梁，连接着用户空间和内核空间，使得用户可以方便地与计算机硬件进行交互。
问题2：描述一下你理解的VFS（虚拟文件系统）是如何设计的，它解决了哪些实际问题？
考察目标：评估被面试人对VFS设计理念和实现细节的掌握情况。
回答： VFS（虚拟文件系统）就像是一个魔法盒子，把所有不同类型的文件系统都变成一样好用。它让应用程序可以像搭积木一样简单地操作各种文件，而不需要知道文件到底存在哪儿或者是怎么存储的。这样做的好处是可以让操作系统更稳定，因为不管文件藏在哪个角落，VFS都能帮我们找到它。而且，VFS还会把经常一起被访问的文件放在一起，这样就能更快地拿出需要的东西，就像我们平时说的“缓存”。最后，如果文件系统有点小问题，VFS会尽量帮助我们修复，或者至少告诉我们哪里出了问题。总的来说，VFS就是一个让我们的生活更轻松的工具。
问题3：在安装一个新文件系统时，你认为哪些步骤是最关键的？请详细说明这些步骤的作用。
考察目标：考察被面试人文件系统安装过程的理解和关键环节的把握。
回答： 在安装一个新文件系统时，我认为有几个步骤是最关键的。首先，创建vfsmount结构这一步非常关键。这个结构就像是一个地图，告诉我们文件系统在哪里，以及如何访问它。接着，设置super_block也很重要，它里面存了很多关于文件系统的信息，比如整个文件系统有多大，每个块的大小是多少等等。然后，我们需要初始化dentry和inode表，这就像是给文件系统建立一个详细的档案库，记录了所有文件和目录的信息。
之后，我们还要把新安装的文件系统注册到VFS中，这样系统才能识别并管理它。最后，就是挂载文件系统了，这一步就像是把地图上的位置标记到现实世界中，使我们能够通过路径访问文件和目录。
举个例子，假设我们要安装一个NTFS文件系统。首先，我们会在内核中创建一个vfsmount结构，这个结构会包含NTFS文件系统的类型、大小以及挂载点的信息。然后，我们需要设置super_block，这个结构会存储NTFS文件系统的各种元数据。接下来，我们要初始化dentry和inode表，为每个文件和目录创建详细的档案库。然后，我们把NTFS文件系统注册到VFS中，使其可以被系统识别和管理。最后，我们通过mount命令将NTFS文件系统挂载到一个目录上，这样用户就可以通过路径访问文件和目录了。
总的来说，每一个步骤都像是建造大楼的砖块，缺一不可。只有把这些步骤都做好了，新的文件系统才能被正确地安装和使用。
希望这样的回答符合你的要求！
问题4：当你需要打开一个文件时，如何通过路径找到对应的dentry和inode，并建立它们之间的关联？
考察目标：评估被面试人对文件操作流程的理解。
回答：
当我在电脑前准备打开一个文件时，我会首先看到一个文件路径，比如
/home/user/myfile.txt
。这个路径看起来是不是很简单呢？但它背后其实隐藏着一系列复杂的步骤和机制。
首先，操作系统会开始解析这个路径。它会将路径分解成一个个部分，比如目录名
/home/user
和文件名
myfile.txt
。这一步是由内核自动完成的，我们不需要手动去做。
接下来，我会检查当前工作目录下是否存在
/home/user
这个目录。如果存在，我会获取这个目录的dentry。Dentry是一个数据结构，它包含了关于目录条目的信息，比如文件或目录的名字、大小、权限等。这一步骤是为了确定我们在文件系统中的位置。
然后，我会继续查找
myfile.txt
这个文件名。如果在
/home/user
目录下找不到这个名字，我会继续向上级目录查找，直到找到文件或者到达文件系统的根目录。这个过程就像是在一座迷宫中寻找出口，每走一步都要确认是否接近目标。
一旦找到了文件，我会获取它的inode。Inode是一个更加详细的数据结构，它包含了文件的所有属性，比如大小、权限、创建时间、修改时间等。这一步是为了了解文件的具体信息。
最后，我会使用文件操作API，比如
open
系统调用，来打开文件。这个API会向内核请求文件的详细信息，并返回一个文件描述符。这样，应用程序就可以通过这个描述符来控制文件，进行读取或写入操作。
在整个过程中，我还会考虑到文件系统的类型和特性。例如，如果是FUSE文件系统，那么文件操作可能会通过FUSE框架来进行，这样可以实现用户空间的文件操作。此外，文件系统的挂载方式和IO调度策略也会影响到文件打开的速度和效率。
这就是我在电脑前打开文件的基本流程。当然，实际的操作系统会更加复杂，但这个例子应该能帮助你理解背后的原理。希望这对你有帮助！
问题5：请解释一下rootfs在Linux系统启动过程中的作用，以及它是如何影响系统启动的。
考察目标：考察被面试人对rootfs概念和其在系统启动中角色的理解。
回答： 在Linux系统启动的过程中，rootfs起到了非常关键的作用。你知道吗，它就像是我们电脑的一个“大脑”，里面装着所有系统运行所必需的文件和目录，比如那些重要的bin和sbin目录，还有usr/bin、etc等关键路径。
当电脑开机时，BIOS会先开始硬件自检，然后就会加载内核到内存中。内核一启动，它就会开始寻找rootfs。为啥这么重要呢？因为只有找到了rootfs，内核才能知道从哪里开始管理这些系统文件，而不需要等所有的文件系统都挂载好。
找到rootfs之后，内核就会开始挂载它。这时候，你会发现系统像是变成了一个有组织的“文件动物园”，每个挂载点就像是动物园里的一个小区域，每个区域都装着不同的动物（文件）。这些区域包括/dev/fd0到/dev/fd9这样的设备文件，它们代表了各种设备，比如硬盘、光驱等。
挂载完rootfs和其他文件系统后，init进程就会被唤醒，它就像是系统的大总管，负责安排其他所有服务的工作。最后，用户就可以看到登录界面，输入密码后，就能进入自己熟悉的系统环境了。
所以你看，rootfs就像是整个系统的根基，没有它，系统就无法启动，也无法正常运行。就像盖房子，没有地基，房子就没法建起来一样重要。
问题6：你是如何理解FUSE框架的？请举例说明你是如何利用FUSE框架实现用户态文件系统的。
考察目标：评估被面试人对FUSE框架的理解和应用能力。
回答： 最后，将文件系统模块编译成动态链接库（.so文件），并在用户空间的程序中通过FUSE库加载和使用该模块。
例如，在GlusterFS中，FUSE框架被用来实现一个分布式文件系统。GlusterFS的用户空间客户端通过FUSE接口与服务器通信，客户端可以将多个服务器上的存储空间组合成一个统一的文件系统。这个过程完全在用户空间完成，不需要内核介入，从而提高了系统的可扩展性和性能。
问题7：Page Cache是用来优化文件读写性能的，你能详细解释一下它是如何工作的吗？
考察目标：考察被面试人对Page Cache工作机制的理解。
回答： Page Cache，这个操作系统里头用来优化文件读写性能的神器，简单来说呢，就是把磁盘上的数据拿部分拿到内存中来，这样读写速度就快了好多！比如说，你在一台电脑上存了个大文件，当你下次想看这个文件的时候，操作系统就会先看看Page Cache里有没有这个文件的数据，如果有并且是最新的，那它就直接从内存里读，这样就不用去磁盘上读了，速度自然就快啦！
再举个例子，就像我们平时用的数据库系统，数据都存储在磁盘上，但是当我们去读这些数据的时候，如果系统知道我们之前已经读过这些数据了，并且现在又要用这些数据，那么操作系统就会把这些数据从磁盘上拿过来，放在Page Cache里。这样，下次我们再读这些数据的时候，操作系统就直接从内存里读，速度就快得很呢！
还有一些高级的功能，比如写回和直刷，也是用来优化Page Cache的性能的。写回啊，就是写操作先放在内存里，等到特定的时候再慢慢写到磁盘上；直刷呢，就是写操作直接就写入磁盘，不管是不是最新的。这些功能可以根据不同的场景来选择使用，以达到更好的性能优化效果。
问题8：在不同的场景下，挂载方式的选择会有所不同，请举例说明你认为最合适的挂载方式及其应用场景。
考察目标：评估被面试人对不同挂载方式的理解和应用能力。
回答： 硬盘A用于存储数据，硬盘B用于备份数据。为了在这两个硬盘间共享数据，同时保持各自数据的独立性和完整性，我们在系统启动时采用了Union Mount作为文件系统的挂载方式。
具体操作上，我们先将硬盘A挂载到一个临时目录，称为“mountpoint”。接着，将硬盘B挂载到硬盘A的“/mnt/backup”目录下。这样，硬盘B中的数据就挂载到了硬盘A的“/mnt/backup”目录中，我们可以通过这个目录访问硬盘B中的数据。
当需要从硬盘B复制数据到硬盘A时，只需在文件管理器中拖拽文件即可。系统会自动处理Union Mount的挂载和解挂载过程。这种方式不仅方便了数据传输，还确保了硬盘B数据的独立性和完整性。
通过这个实例，可以看出Union Mount在不同场景下的适用性。它能够在不同存储设备间共享数据，同时保持各自数据的独立性和完整性，是一种非常实用的挂载方式。
问题9：Union Mount是一种特殊的挂载方式，它有什么特别的应用场景吗？请详细说明。
考察目标：考察被面试人对Union Mount概念和应用的了解。
回答： 一个用于读取（只读），另一个用于写入。当你要访问文件时，系统会自动选择正确的目录。
再举个例子，假设你有两个物理路径，一个是数据存储，另一个是缓存。通过Union Mount，你可以将它们合并成一个逻辑文件系统。这样，你就可以像访问本地文件一样访问来自不同物理路径的数据，大大提高了系统的灵活性。
还有一个实际的应用场景是Docker。Docker使用AUFS作为其存储驱动之一。AUFS允许将多个文件系统合并为一个逻辑文件系统，这在某些特定的用例中非常有用。比如，当你需要同时从多个存储设备或位置读取数据时，AUFS就能派上用场。
总的来说，Union Mount通过巧妙地叠加不同的文件系统层，实现了对只读文件系统和多路径存储的支持，极大地提高了系统的灵活性和资源利用率。
问题10：Docker是一个流行的容器技术，它通常使用哪种存储驱动？请简述AUFS的基本概念和功能。
考察目标：评估被面试人对Docker存储驱动和AUFS的了解。
回答： Docker呀，它啊，通常会用AUFS这存储驱动。你知道吗，AUFS就像是个中介，把用户空间和内核空间连接起来，让咱们在用户空间就能像操作普通文件一样去管理容器里的文件。就像咱们用U盘挂载文件一样，只不过Docker把这种挂载延伸到了容器和宿主机之间。
比如说，在一个多节点的Docker集群里，我们把一个AUFS存储卷挂载到所有容器上，这样大家就都能访问这个共享的空间啦。这样特别适合那些需要跨容器共享数据的情况，像数据库或者大的文件处理任务。
AUFS还特别灵活，支持好多不同类型的文件系统，像常见的ext2、ext3、ext4都能搞定。而且它还有个牛掰的特性，就是写时复制。这意味着啊，只有当文件真的改变了，它才会把旧的数据拷贝一份出来，其他部分还是原来的数据，这样能省不少资源呢。
我还记得有一次啊，我们一个项目需要把好多日志数据存在Docker容器里，并且这些数据要被多个容器共享。我们就选了AUFS，然后挂载了一个共享的AUFS卷。这样啊，所有容器都能方便地访问这些日志数据，我们管理起来也轻松多了，数据的一致性和访问速度都上了一个大台阶。
点评： 候选人回答详细，展现了对Linux系统和文件系统的深入理解。对IO栈、VFS、文件操作流程、rootfs、FUSE框架、Page Cache、挂载方式及Docker的存储驱动等方面都有清晰的认识和应用。回答问题逻辑性强，易于理解，具备较高的专业素养。根据回答质量，预计面试通过。
