Linux下tmpfs与ramfs的对比分析

        最近看到一篇文章介绍说用内存做MySQL的tmpdir能解决MySQL在使用磁盘临时表性能低的棘手问题，作者建议用tmpfs(常见的还有ramfs)。首先我觉觉得这个想法不错，但是局限性比较大，因为线上总会有些操作需要创建很大的临时表(虽然这样的次数可能不多)，如果做一个很大内存的tmpfs那么显然浪费内存，如果做一个较小内存的tmpfs那么对于需要建大临时表的的操作会因为磁盘空间不够失败(比如alter table, insert into select 等等)，比如如下错误：

mysql> insert into test select null, b+1, c, d+2 from test;
ERROR 126 (HY000): Incorrect key file for table '/home/ddb/zbs/ramdisk/tmpdir/#sql_6722_0.MYI'; try to repair it

所以实际环境中最好还是多对表结构、SQL query做优化尽量避免这些需要建临时表的操作，另外也可根据实际情况来调整这两个参数：tmp_table_size，max_heap_table_size，具体使用方法查查官方手册，关于tmpfs做tmpdir的缺陷参考这篇文章。

        接下来说今天的重点Linux下tmpfs与ramfs的异同。

        ramfs是Linux下一种基于RAM做存储的文件系统。在使用过程中你就可以把ramfs理解为在普通的HDD上建立了一个文件系统，而现在HDD被替换成了RAM，因为是RAM做存储所以会有很高的存储效率。由于ramfs的实现就相当于把RAM作为最后一层的存储，所以在ramfs中不会使用swap。你什么时候听过会把HDD上的文件swap到哪里去吗？平常说的swap都是针对内存来说的，而ramfs底层的存储是RAM，虽然不是HDD，但是在Linux看来它就跟HDD一样。但是ramfs有一个很大的缺陷就是它会吃光系统所有的内存，即使你mount的时候指定了大小，同时它也只能被root用户访问。测试方法很简单：

sudo mount -t ramfs -o size=10M ramfs ./ramfs/

sudo dd if=/dev/zero of=./ramfs/test.file bs=1M count=20

测试时你会发现上面这个操作是能成功的，或者你再自己虚拟机上干脆做狠点，直接写一个比内存更大的文件，你会发现瞬间系统就卡主了。另外在dd命令如果不以root用户执行就会权限不够：

dd: opening `./ramfs/test.file': Permission denied

        tmpfs也是Linux下的一个文件系统，但是它是用vm(virtual memory)实现，umount tmpfs后所有的数据也会丢失，tmpfs就是ramfs的衍生品。tmpfs使用vm实现，因此它会进行swap。但是它有一个相比ramfs的好处：mount时指定的size参数是起作用的，这样就能保证系统的安全，而不是像ramfs那样，一不留心因为写入数据太大吃光系统所有内存导致系统被hang住。在我文章最开始的那个例子中就是mount了一个10M大小的tmpfs，然后执行sql 命令(它需要创建的临时表大于10M)，因为tmpfs限制了大小，因此也就报错。那么tmpfs适用的场景有哪些呢？在官方文档上主要有如下几点：

1. kernel 内部需要用到它，而我们是无法看到的
2. glibc 2.2以上的版本，必须有一个tmpfs被mount在/dev/shm用做POSIX shared memory
3. 还有很多包括现在还不知道的用途

        在性能方面tmpfs要优于ramfs。因为在ramfs中仅仅将RAM当做最底层的存储一样用，那么在实际使用它时会有这样一个关系：RAM->os page cache->应用，而tmpfs采用vm实现，且tmpfs本身就是采用vm实现且认为它没有后备设备(官方文档上是backing store)，所以使用它会是一个这样的关系：tmpfs->应用（tmpfs就充当了page cache作用）。这个做法的好处之一就是少了一次os page cache与RAM之间的内存拷贝（memory-to-memory copy），虽然内存之间的拷贝很快，但是毕竟也是一种操作，而且还需要维护这两者之间的状态一致性，所以总的来说tmpfs在性能上是要优于ramfs的。

        在实际应用中，我现在的公司就有一个需求，某些数据如果放在磁盘上访问压力根本扛不住，因此临时做了一个tmpfs做缓存来减缓压力，当然这不是最终的解决之道。所以总结来说ramfs与tmpfs有如下几点异同：

1. ramfs会因为数据的写入自动增长空间，所以可能导致最后系统所有的内存耗完
2. tmpfs可以再mount时限定大小，不会自动增长
3. ramfs不会用swap
4. tmpfs会使用swap
5. 两者都是用来提升效率，但是tmpfs比ramfs的性能更好。

参考文章：

1. http://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/tmpfs.txt
   
2. http://www.kernel.org/doc/Documentation/filesystems/ramfs-rootfs-initramfs.txt
   
3. http://www.thegeekstuff.com/2008/11/overview-of-ramfs-and-tmpfs-on-linux/