ファイルシステムのモデル
理解のために小咄形式でまとめました。
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登場人物
- 太郎（後輩）：入社1年目の若手エンジニア。
- 花子（先輩）：システムエンジニア歴3年の先輩。
場面：オフィスの会議室
太郎が ファイルシステムの動作モデル に関する資料を見ながら、花子に質問する。
太郎：「花子先輩、ファイルシステムの動作モデル について調べているんですが、 具体的にどのような構成になっているのか がいまいちピンときません。」
花子：「いい質問ね！ ファイルシステムのパフォーマンス を理解するためには、 どうやってデータがやり取りされるのか という モデル を押さえておくことが重要よ。 ファイルシステムの基本的な 3 つの要素 を説明するわね。」
ファイルシステムの動作モデル
花子：「ファイルシステムには、 基本的な 3 つのコンポーネント があるの。」
- ファイルシステムインターフェイス
- ファイルシステムキャッシュ
- 2次キャッシュ
1. ファイルシステムインターフェイス
花子：「ファイルシステムインターフェイス は、 アプリケーションとファイルシステムの間のやり取りの仕組み のことよ。」
-
アプリケーション →
ファイルを開く、読む、書く、閉じる -
カーネル →
要求を処理し、適切なストレージデバイスへ指示 -
ストレージデバイス →
物理ディスクへのアクセス（HDD、SSD など）
「この関係を レストランのオーダーシステム に例えると、 お客さん（アプリケーション） が ウェイター（カーネル） に注文を伝えて、 シェフ（ディスク） が料理を作るのと同じね。」
太郎：「なるほど、 アプリケーションが直接ディスクにアクセスするわけじゃなくて、間にカーネルが介在してる んですね！」
2. ファイルシステムキャッシュ
花子：「ファイルシステムキャッシュ は、 頻繁にアクセスするデータを一時的にメモリに保存 する仕組みよ。」
- リードキャッシュ（Read Cache）: よく使うデータをキャッシュし、高速な再利用を可能にする。
- ライトキャッシュ（Write Cache）: データを書き込む前に一時的にキャッシュし、後でまとめてディスクに書き込む。
「たとえば、 本棚に並べられた参考書 みたいなもので、 毎回図書館に行かなくても、よく使う本が手元にあると素早く読める のと同じよ。」
太郎：「ってことは、 キャッシュをうまく活用すると I/O の負荷を減らせる んですね！」
3. 2次キャッシュ
花子：「2次キャッシュ は、 OS のキャッシュとは別に、ストレージデバイスや専用ハードウェアで追加されるキャッシュ のことよ。」
-
HDD のキャッシュ →
ディスク内部のバッファ（数 MB～数 GB） -
SSD のキャッシュ →
フラッシュメモリ上のキャッシュ -
RAID コントローラのキャッシュ →
RAID カード上に搭載されたキャッシュメモリ
「これを コンビニの冷蔵庫 に例えると分かりやすいわ。 家の冷蔵庫（OSのキャッシュ） にない商品でも、 コンビニの冷蔵庫（2次キャッシュ） にあれば、すぐに取り出せるのと同じよ。」
太郎：「なるほど、 複数のキャッシュのレイヤー があることで、 ストレージアクセスの高速化 ができるんですね！」
花子：「これらの ファイルシステムの動作モデル を 会社の文書管理システム に例えると、こんな感じね。」
-
ファイルシステムインターフェイス →
社員が会社の書類を閲覧・編集するシステム -
ファイルシステムキャッシュ →
よく使う書類をデスクに置いておく -
2次キャッシュ →
オフィスの倉庫にある古い書類のストック
太郎：「なるほど！ キャッシュを適切に活用すれば、無駄な I/O を減らせる ってことですね！」
まとめ
花子：「ファイルシステムの 3 つの要素 を理解すると、 なぜ I/O が遅くなるのか や どこを改善すればよいのか が見えてくるわ。」
太郎：「ありがとうございます！ ファイルシステムキャッシュの効果 を確認するために、 free コマンドで メモリのキャッシュ状況 を調べてみます！」
参考リンク
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システムパフォーマンス関連記事は、以下の書籍を参考に記述しています。