问题

为什么 Windows 的 Linux 子系统的文件同步和 Windows 不是实时的?

回答
Windows 的 Linux 子系统(WSL)在文件同步方面,确实与原生 Linux 环境下的文件操作体验有所不同,尤其是在跨越 Windows 和 Linux 文件系统界限时,那种“实时”感会打折扣。这不是什么黑科技,背后是架构和设计上的权衡。

咱们得先捋清楚,WSL 到底是怎么工作的。简单来说,WSL1 和 WSL2 是两种不同的实现方式。

WSL1:模拟层

WSL1 更多的是一个翻译层。它把 Linux 的系统调用翻译成 Windows 的系统调用。这意味着,当你在 WSL1 里访问 Windows 文件系统(比如 `/mnt/c/` 目录下的文件)时,WSL1 需要捕获 Linux 的文件操作指令,然后转换成 Windows NT 内核能理解的指令去执行。

想象一下,你有个熟练的翻译,能把中文(Linux 文件操作)翻译成英文(Windows 文件操作)。这个翻译过程不是瞬时的,需要一点时间来处理。所以,当你在 WSL1 里对 Windows 文件进行修改,然后立刻切换到 Windows 的资源管理器里去看,或者反过来,Windows 修改了文件,WSL1 需要通过这个翻译层才能感知到,这个延迟是不可避免的。

特别是对于一些复杂的文件操作,比如创建、删除、重命名、权限修改,WSL1 都得经过这么一套“翻译”。这种翻译过程中,效率和实时性自然就没那么高了。WSL1 的设计是为了兼容性,但这种模拟的代价就是性能上的妥协,尤其是在文件 I/O 密集型的场景下,这种不同步感会更明显。

WSL2:真正的 Linux 内核,但有虚拟化隔阂

WSL2 带来了革命性的改变,它运行的是一个完整的、轻量级的 Linux 内核。这意味着你在 WSL2 里运行的 Linux 程序,真正使用的是 Linux 的系统调用,操作的是 Linux 文件系统(通常是 VHDX 格式的虚拟硬盘)。这带来的好处是,WSL2 的 Linux 环境下,绝大多数操作都比 WSL1 要快得多,更接近原生的 Linux 体验。

然而,问题就出在 WSL2 的文件系统架构上。WSL2 的 Linux 内核运行在一个轻量级的虚拟机(VM)里,而这个 VM 通过一个特殊的网络驱动(vEthernet)来与 Windows 主机通信。

Linux 文件系统(WSL2 内): 这是 VHDX 虚拟硬盘里的原生 Linux 文件系统。在这个分区内,文件操作是绝对实时的,Linux 内核直接管理。
Windows 文件系统(`/mnt/c` 等): 当你在 WSL2 里访问 Windows 文件系统时(通过 `/mnt/c/` 这种挂载点),WSL2 实际上是通过一种特殊的机制,将 Windows 的文件系统“映射”或“暴露”给 Linux 内核。这种映射不是直接的文件系统访问,而更像是在网络文件系统(NFS)或者 SMB 共享的模式下进行。

这里的问题在于,当你在 WSL2 里对 `/mnt/c` 下的文件进行操作,或者在 Windows 里对这些文件进行操作时,信息需要跨越这个 VM 和主机之间的通信通道。

1. WSL2 > Windows: 你在 WSL2 终端里修改了一个 `/mnt/c` 下的文件,WSL2 的 Linux 内核会将这个操作通过那个特殊的网络驱动发送给 Windows host。Windows host 接收到指令后,再通过正常的 Windows 文件系统调用去修改实际的文件。这个过程涉及进程间通信(IPC)和网络协议的包装,自然会引入一定的延迟。
2. Windows > WSL2: 同理,如果你在 Windows 资源管理器里修改了 `/mnt/c` 下的文件,Windows 本身是实时感知到的。但 WSL2 的 Linux 内核需要通过那个“映射”机制来重新读取或感知到这个变化。这个“感知”过程不是立即发生的,可能需要一个轮询或者某种通知机制,而这个机制的实现并非总是那么高效和低延迟。

具体来说,为什么感觉不实时:

缓存和同步机制: Linux 内核有自己的文件系统缓存,Windows Host 也有自己的文件系统缓存。当这两个系统需要同步同一个物理文件时,缓存的同步和一致性就成了问题。WSL2 需要一种机制来管理这种跨越式缓存,而这种管理本身就可能引入延迟。
网络协议的开销: 访问 `/mnt/c` 实际上是通过类似 SMB/CIFS 的协议在进行。这些协议本身就不是为本地文件系统那种低延迟、高吞吐量设计的。每一个文件操作,都可能涉及到建立连接、发送请求、接收响应等步骤,这比直接在本地文件系统上操作要慢得多,也就不可能做到“实时”。
通知机制的不完善: Linux 文件系统有一个 `inotify` 机制,可以用来监控文件系统的变化。但 `inotify` 是针对 Linux 本地文件系统设计的。WSL2 提供的 `/mnt/c` 实际上是“映射”过来的,`inotify` 无法直接、高效地工作在上面。WSL2 团队为了解决这个问题,做了很多努力,比如在 WSL2 中使用 `9p`(Protocol 9)协议来暴露 Windows 文件,但 `9p` 本身也并非完美无缺,尤其是在大量小文件操作时,其性能和实时性依然不如原生 Linux 文件系统。
后台轮询: 有时候,WSL2 可能会通过后台轮询来检测 Windows 文件系统的变化。这种轮询的频率决定了它能多快地“发现”变化。如果轮询间隔比较长,那么你就会感觉不实时。
并发访问的挑战: 当同时从 WSL2 和 Windows 两边都去修改同一个文件时,就更容易出现竞争条件和同步问题。为了保证数据的一致性,系统不得不引入一些延迟来协调。

总结一下:

WSL2 提供了接近原生的 Linux 内核体验,但在文件同步方面,当它需要访问 Windows 原生文件系统(`/mnt/c` 等)时,由于需要跨越虚拟机和主机的通信鸿沟,以及不同文件系统缓存和通知机制的差异,这种同步就无法做到像在同一文件系统内那样“实时”。它依赖于特殊的映射和通信协议,这些都引入了不可避免的延迟。

因此,如果你需要在 WSL2 中进行大量频繁的文件 I/O 操作,并且对实时性要求很高,最好是将你的项目文件放在 WSL2 的 Linux 文件系统内部(例如 `~/projects`),这样所有操作都在 WSL2 的内核和文件系统内进行,性能和实时性都会大幅提升。

网友意见

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你可以在Windows下存储文件,然后在wsl中使用/mnt/盘符/路径 访问

你也可以在1903更新发布后在Linux rootfs中存储文件,Windows程序使用\wsl$Ubuntuunix路径 访问

唯独不正确的操作是找到AppData里rootfs文件夹直接用Windows程序修改,因为这里面的文件在NTFS中除了存储文件内容,Windows文件元数据,还存储unix文件元数据(比如rwx权限,unix用户组和用户),你创建的文件并不具有这样的属性,因此会导致权限混乱。

详见:blogs.msdn.microsoft.com

1903(19H1,20195月更新)的改动:devblogs.microsoft.com/

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