Linux для пользователя
Шрифт:
Теперь вы знаете, как устроены индексные дескрипторы файлов, т. е. можете представить, как в файловой системе ext2fs осуществляется запись в файл и чтение из файла.
Может быть здесь еще надо бы рассказать о команде mkfs, которая служит для создания файловой системы в разделе диска. Но вкратце мы ее рассмотрели в разд. 4.12, а за более подробными пояснениями читатель может обратиться к интерактивным руководствам.
16.5. Виртуальная файловая система VFS
До сих пор наш рассказ о файловой системе касался только "статических", если можно так выразиться, составных частей файловой системы. Но, я думаю, вы
16.6. Новые файловые системы
Файловая система ext2fs была создана по образу и подобию файловой системы UNIX (UNIX File System - UFS). Обе они (особенно UFS) создавались еще в те времена, когда диски и другие физические носители данных имели довольно маленький (по современным меркам) объем. Увеличение объема дисков вело к возрастанию объема разделов диска, увеличению размеров отдельных файлов и каталогов. Это породило ряд проблем, связанных с ограниченностью внутренних структур данных файловой системы.
Существуют две основных проблемы этого рода.
Во-первых, эти структуры не способны работать с носителями информации увеличенного объема. В них отведено строго фиксированное число бит для хранения данных о размере дисковых разделов и размерах файлов, фиксированное число бит для хранения логических номеров блоков и т. д.. Как следствие, число файлов и каталогов и их размер ограничены.
Вторая проблема связана с производительностью. В силу заложенных в старые файловые системы алгоритмов решение некоторых задач стало требовать слишком большого времени на носителях увеличенного объема. Одним из самых характерных примеров такого рода проблем является трудоемкость восстановления файловой системы после сбоев (например, после неожиданного отключения питания). Это восстановление выполняется с помощью программы fsck, и для очень больших дисков стало требовать нескольких часов.
Естественно, что появление этих проблем породило и попытки их решения. Были разработаны новые типы файловых систем, при создании которых учитывались требования масштабируемости. Наиболее известными разработками файловых систем новых типов являются:
• файловая система ext3fs;
• XFS;
• журналируемая файловая система JFS фирмы IBM;
• ReiserFS.
В табл.16.8 приведены данные по увеличению основных параметров, обеспечиваемых новыми файловыми системами. Данные заимствованы из статьи Juan I. Santos Florido "Journal File Systems", опубликованной в 55-ом выпуске Linux Gazette (July 2000).
Таблица 16.8. Некоторые параметры файловых систем новых типов
| Размер блока | Максим. размер файловой системы | Максим. размер файла | |
|---|---|---|---|
| Ext3FS | 1-4 Кбайт | 4 Tбайт | 2 Гбайт |
| XFS | от 512 байт до 64 Кбайт | 18 тысяч петабайт | 9 тысяч петабайт |
| JFS | 512, 1024, 2048, 4096 байт | от 4 петабайт (при 512-байтных блоках) до 32 петабайт (при 4-килобайтовых блоках) | От 512 Тбайт (при 512-байтовых блоках) До 4 петабайт (при 4-килобайтовых блоках) |
| ReiserFS | До 64 Кбайт (пока что фиксирован, 4 Кбайт) | 4 Гбайт блоков, 16 Тбайт | 4 Гбайт, 210 петабайт в ReiserFS (3.6.xx) |
16.7. Журналируемые файловые системы
Основная цель, которая преследуется при создании журналируемых файловых систем, состоит в том, чтобы обеспечить быстрое восстановление системы после сбоев (например, после потери питания). Дело в том, что если произойдет такой сбой, то часть информации о расположении файлов теряется, поскольку не все изменения сразу записываются на диск. После этого программа fsck вынуждена просматривать весь диск блок за блоком (пользуясь битовыми матрицами занятых блоков и индексных дескрипторов) с целью восстановления потерянных связей. При увеличении размера дисков вдвое, вдвое увеличивается и время, которое требуется для просмотра всего диска. А при тех объемах, которых достигают современные диски, особенно на серверах, время, необходимое для того, чтобы просмотреть весь диск, стало недопустимо велико: ведь сервер в это время не отзывается! Кроме того, нет гарантии, что все связи удастся восстановить.
В журналируемых файловых системах для решения этой проблемы применяют технику транзакций, развитую в теории баз данных. Суть этой техники в том, что действие не считается завершенным, пока все изменения не сохранены на диске. А чтобы сбои, происходящие в течение времени, необходимого для завершения всех операций, не приводили к необратимым последствиям, все действия и все изменяемые данные протоколируются. Если сбой все-таки произойдет, то по этому протоколу можно вернуть систему в безошибочное состояние.
Главное отличие в технике транзакций, применяемой в базах данных, от аналогичной техники, применяемой в журналируемых файловых системах, состоит в том, что в базах данных сохраняются в протоколе как сами изменяемые данные, так и вся управляющая информация, в то время как понятие транзакции в файловых системах подразумевает сохранение только мета-данных: индексных дескрипторов изменяемого файла, битовых карт распределения свободных блоков и свободных индексных дескрипторов. Дело в том, что если сохранять все изменяемые данные, то теряется смысл кэширования записи на диск и уменьшается скорость дисковых операций. Мета-данные же, во-первых, меньше по размеру, а, во-вторых, сохраняются в специально выделенной области диска, что позволяет избежать чрезмерных затрат времени на ведение протокола.
Файловые системы ext3fs и JFS являются журналируемыми. Надо отметить, что ext3fs не является совершенно новой разработкой, а является просто надстройкой над ext2fs, обеспечивающей ведение журнала и организацию транзакций. Файловые системы XFS и JFS являются открытыми версиями коммерческих файловых систем.
16.8. Файловая система ReiserFS
Кроме проблемы быстрого восстановления после сбоев, в файловой системе ext2fs имеется еще несколько нерешенных проблем.