| Каталог документации / Раздел "Документация для Linux" / Оглавление документа |
| |
|
Daniel
Robbins (drobbins@gentoo.org)
President/CEO,
Gentoo Technologies, Inc.
November 2001
С выходом релиза 2.4 Linux появилась возможность использования filesystem с новыми свойствами, таких как Reiserfs, XFS, GFS и других. Эти filesystems еще не достаточно опробованы и имеются вопросы, что именно они могут делать, насколько они хороши и насколько оправдано их использование в промышленной Linux среде. Daniel Robbins отвечает на эти вопросы по ходу пояснения инсталляции этих новых продвинутых filesystems под Linux 2.4. По большей части статья основана на ext3 - новой улучшенной версии ext2 с возможностями journaling.
В прошлых статьях имелся обзор non-traditional filesystems типа tmpfs и devfs. Теперь пришло время вернуться к disk-based filesystems, и это делается на примере ext3. Ext3 filesystem, разработанная Dr. Stephen Tweedie, сформирована на структурах существующей ext2 filesystem; фактически, ext3 очень похожа на ext2 за исключением маленького (но важного) отличия - она поддерживает journaling. После такого "маленького" добавления в ext3 появились некоторые удивительные и интригующие возможности. В этой статье дается сравнение ext3 с другими journaling filesystems, доступными для использования уже сегодня. Планируется выход еще одной статьи об использовании ext3.
Пояснения к Ext3
Что собой представляет ext3 в сравнении с
ReiserFS? В предыдущих статьях отмечалось, насколько хорошо ReiserFS подходит
для работы с маленькими файлами (до 4КБ), и в отдельных случаях работа с такими
файлами в ReiserFS в десять - пятнадцать раз эффективней, чем в ext2 (и ext3).
Однако, кроме достоинств, ReiserFS имеет и свои слабости. В текущем релизе
ReiserFS (версия 3.6) некоторые виды доступа к файлу фактически приводят к
заметному снижению производительности в сравнении с ext2 и ext3 (особенно при
чтении больших почтовых каталогов). Кроме того, ReiserFS не имеет хорошей
совместимости с NFS и имеет проблемы с производительностью при дефиците
свободного дискового пространства. Напротив, ext3 с этими задачами справляется
великолепно. Она во многом подобна ext2; не ставит рекордов при обработке
маленьких файлов, но хорошо прогнозируемая и не боится работы при ограниченных
дисковых ресурсах.
Еще одно достоинство ext3 происходит из того, что она основана на коде ext2.
Дисковый формат ext2 и ext3 идентичен; из этого следует, что при необходимости
ext3 filesystem можно монтировать как ext2 без каких либо проблем. И это еще не
все. Благодаря факту, что ext2 и ext3 используют идентичные метаданные, имеется
возможность оперативного обновления ext2 в ext3. Именно так. Имеется ряд
системных утилит, работающих с современными 2.4 ядрами (например,
tune2fs) позволяющих конвертировать имеющуюся ext2 в journaling
ext3. Удивительно, но сделать это можно даже на смонтированной ext2 filesystems.
Переход безопасен, обратим и сравнительно легок (в отличие от конвертирования к
XFS, JFS или ReiserFS - какого либо копирования данных на другой раздел не
требуется). Теперь представьте на мгновение тысячи промышленных ext2 серверов
(уже работающих), для которых обновление до ext3 минутное дело; можно получить
хорошее представление о перспективности ext3's в Linux семействе.
Если от меня потребуют дать характеристику ext3 в одном слове, я бы сказал - удобная. Это действительно удобно как следствие насколько только возможной совместимости ext3 с существующей ext2. После обновления вам не придется сталкиваться с любыми неожиданностями. Есть еще одна характеристика, положительно отличающая ext3 от остальных journaled filesystems под Linux - высокая надежность, но об этом ниже.
Надежность Ext3
В дополнение к ext2-compatible, ext3 наследует
другие преимущества общего формата metadata. Пользователи ext3 имеют в своем
распоряжении годами проверенный fsck tool. Конечно, основная причина перехода на
journaling filesystem - отказ от необходимости периодических и долгих проверок
непротиворечивости метаданных на диске. Однако "журналирование" не способно
защитить от сбоев ядра или повреждения поверхности диска (или кое-чего
подобного). В аварийной ситуации вы оцените факт преемственности ext3 от ext2 с
ее fsck. Напротив, ReiserFS fsck еще находится в младенчестве и устранение
нарушений в метаданных может стать трудным и опасным процессом.
Metadata-only journaling
Интересно то, что ext3 выполняет journaling
совсем иначе, чем ReiserFS и другие journaling filesystems. В ReiserFS, XFS и
JFS filesystem журналируются метаданные привода и не предусмотрено какое
либо журналирование самих данных. При metadata-only journaling
метаданные хранятся так надежно, что, скорее всего вам не придется
пользоваться fsck. Однако, неожиданные перезагрузки и сбои в электропитании
могут приводить к утере данных, которые в момент сбоя записывались на
диск. Ext3 использует несколько творческих решений для избежания таких проблем.
Сначала поясним ситуацию с metadata-only journaling. Например, вы
редактировали файл /tmp/myfile.txt в момент, когда машина
неожиданно блокировалась. В случае с metadata-only journaling filesystem
(например, ReiserFS, XFS или JFS) ваши filesystem метаданные утрачены не будут и
запуска fsck не потребуется.
Однако, в случае такого сбоя имеется высокая вероятность, что в файле
/tmp/myfile.txt останется один мусор, а то и просто он станет
нечитабельным.
Причина в следующем. "Обычные" journaled filesystems, подобные ReiserFS, XFS и JFS опекают метаданные, но для повышения производительности заботу о данных не проявляют. В нашем примере происходила модификация некоторых filesystem блоков и соответствующих им метаданных, но синхронизация была неожиданно прервана. "Непротиворечивость" файловых блоков будет восстановлена, чего нельзя сказать об их "наполнении".
Журнализация в ext3
Теперь, когда имеется общее понимание проблемы,
посмотрим, как ext3 осуществляет journaling. В коде журнализации для ext3
используется специальный API, называемый Journaling Block Device layer
или JBD. JBD был разработан для журнализации на любых block device. Ext3
привязана к JBD API. При этом код ext3 filesystem сообщает JBD о необходимости
проведения модификации и запрашивает у JBD разрешение на ее проведение. Журналом
управляет JBD от имени драйвера ext3 filesystem. Такое соглашение очень удобно,
так как JBD развивается как отдельный, универсальный объект и может
использоваться в будущем для журналирования в других filesystems.
Имеется два важных момента в JBD-managed ext3 journal, вытекающих из хранения журнала в inode файле (в базовом варианте). Первое, в зависимости от ключей монтирования ext3 filesystem, этот файл можно "видеть" или "не видеть" (расположен в /.journal). Второе, такое хранение журнала делает возможным переход к ext3 через простое добавление единственного файла (и замену драйвера) без использования несовместимых расширений к ext2 метаданным. Это ключ к пониманию "обратной совместимости" ext3 filesystem с ext2 метаданными и "прямой совместимости" ext2 с ext3 драйвером.
Различные подходы к journaling
Нетрудно догадаться, что имеется
несколько способов ведения журнала. Например, разработчик filesystem может
спроектировать журнал, который хранит промежуточные байты, подлежащие
модификации в файловой системе. Преимущество такого подхода в том, что журнал
хранил бы большое число крошечных модификаций очень эффективным способом, так
как требуется запись только отдельных байтов и ничего больше.
JBD использует иной подход. Вместо регистрации промежуточных байтов сохраняются полностью измененные блоки файловой системы. Драйвер Ext3, аналогично, хранит полные точные копии модифицируемых блоков (1КБ, 2КБ или 4КБ) в памяти до завершения операции IO. Это может показаться расточительным. Полные блоки содержат не только изменившиеся данные, но и не модифицированные.
Подход, используемый JBD, называется "физическим журналированием", что отражает использование JBD "физических блоков" как основную единицу ведения журнала. Подход, когда хранятся только изменяемые байты, а не целые блоки, называется "логическим журналированием" (используется XFS). Поскольку ext3 использует "физическое журналирование", журнал в ext3 имеет размер больший, чем в XFS. За счет использования в ext3 полных блоков, как драйвером, так и подсистемой журналирования нет сложностей, которые возникают при "логическом журналировании". Кроме того, использование полных блоков позволяет исполнение некоторой дополнительной оптимизации, например "squishing" нескольких ожидающих обработки операции IO в пределах моноблока в одной структуре оперативной памяти. Это позволяет ext3 записывать на диск несколько смежных модификаций одной операцией. Как дополнение, при операциях записи существенно сокращается нагрузка на CPU.
Защита данных в Ext3
Теперь можно поговорить о том, как ext3
filesystem обеспечивает журнализацию и data, и metadata.
Фактически в ext3 имеются два метода гарантирования непротиворечивости.
Первоначально ext3 разрабатывалась для журналирования full data и metadata. В этом режиме (называется "data=journal" mode), JBD журналирует все изменения в filesystem, связанные как с data, так и с metadata. При этом JBD может использовать журнал для отката и восстановления metadata и data. Недостаток "полного" журналирования в достаточно низкой производительности и расходе большого объема дискового пространства под журнал.
Недавно для ext3 был добавлен новый режим журналирования, который сочетает высокую производительность и гарантию непротиворечивости структуры файловой системы после сбоя (как у "обычных" журналируемых файловых систем). Новый режим работы обслуживает только metadata. Однако драйвер ext3 filesystem по-прежнему отслеживает обработку целых блоков данных (если они связаны с модификацией метаданных), и группирует их в отдельный объект, называемый transaction. Транзакция будет завершена только после записи на диск всех данных. "Побочный" эффект такой "грубой" методики (называемой "data=ordered" mode) - ext3 обеспечивает более высокую вероятность сохранности данных (по сравнению с "продвинутыми" журналируемыми файловыми системами) при гарантии непротиворечивости metadata. При этом происходит журналирование изменений только структуры файловой системы. Ext3 использует этот режим по умолчанию.
Заключение
В настоящее время многие пытаются определиться, какая из
поддержанных в Linux журналируемых filesystem является "лучшей". По большому
счету, все определяется тем, для каких целей и каких приложений файловую систему
планируется использовать; каждая имеет свои достоинства и недостатки.
Безусловное преимущество пользователей Linux - возможность выбора между
файловыми системами нового поколения. Вместо приклеивания ярлыка "лучшей"
файловой системы, следует понять силу и слабость каждой и принять обоснованное
решение.
Ext3 имеет множество преимуществ. Она разработана для максимальной простоты развертывания. Она основана на годами проверенном коде ext2 и получила "по наследству" замечательный fsck tool. Ext3 в первую очередь предназначена для приложений, не имеющих встроенных возможностей по гарантированию сохранности данных. В целом, ext3 - замечательная файловая система и достойное продолжение ext2. В моей следующей статье будет описана установка и работа с ext3. До этого можете посмотреть некоторые ресурсы.
|
