Файловая система Unix

Файловая система Unix (UFS ; также называется Berkeley Fast File System, BSD Fast File System или FFS ) - это файловая система, поддерживаемая многими Unix и Unix-подобными операционные системы. Это дальний потомок исходной файловой системы, используемой версии 7 Unix.

Содержание

• 1 Дизайн
• 2 История и развитие
• 3 Реализации
• 4 См. Также
• 5 Примечания
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

Дизайн

Том UFS состоит из следующих частей:

• Несколько блоков в начале раздела, зарезервированных для загрузочных блоков (который должен быть инициализирован отдельно от файловой системы)
• Суперблок, содержащий магическое число, идентифицирующее это как файловую систему UFS, и некоторые другие важные числа, описывающие геометрию и статистику этой файловой системы и параметры настройки поведения
• Набор групп цилиндров. Каждая группа цилиндров состоит из следующих компонентов:
  • Резервная копия суперблока
  • Заголовок группы цилиндров со статистикой, списками свободных номеров и т. суперблок
  • Количество индексных дескрипторов, каждый из которых содержит атрибуты файла
  • Ряд блоков данных

индексные дескрипторы нумеруются последовательно, начиная с 0. Индекс 0 зарезервирован для нераспределенных записей каталога, индекс 1 был индексным дескриптором файла плохого блока в исторических версиях UNIX, за которым следовал индексный дескриптор для корневого каталога , который всегда является индексом 2, и индексом для потерянного + найденного каталог, который является индексом 3.

Файлы каталога содержат только список имен файлов в каталоге и индексный дескриптор, связанный с каждым файлом. Все метаданные файла хранятся в индексном дескрипторе.

История и эволюция

Ранние версии файловых систем Unix назывались просто FS. FS включала только загрузочный блок, суперблок, группу из inodes и блоки данных. Это хорошо работало для небольших дисков, для которых были разработаны ранние Unix, но по мере развития технологий и увеличения размеров дисков перемещение головы туда-сюда между скоплением inodes и блоками данных, на которые они ссылались, вызывало перебоя. Маршалл Кирк МакКьюсик, затем аспирант Беркли, оптимизировал FFS (Fast File System) в BSD 4.2, изобретая группы цилиндров, которые разбивают диск. на более мелкие куски, каждая из которых имеет собственные индексы и блоки данных.

Цель BSD FFS - попытаться локализовать связанные блоки данных и метаданные в одной группе цилиндров и, в идеале, все содержимое каталога (как данные, так и метаданные для всех файлов) в одной и той же или соседняя группа цилиндров,таким образом уменьшая фрагментацию, вызванную разбросом содержимого каталога по всему диску.

Некоторые рабочие параметры суперблока включали количество дорожек и секторов, скорость вращения диска, скорость головки и выравнивание секторов между дорожками. В полностью оптимизированной системе головку можно было перемещать между близкими дорожками для чтения разбросанных секторов из чередующихся дорожек, ожидая вращения диска.

По мере того, как диски становились все больше и больше, оптимизация на уровне секторов стала устаревшей (особенно с дисками, которые использовали линейную нумерацию секторов и переменные сектора на дорожку). С большими дисками и большими файлами фрагментированное чтение стало большей проблемой. Чтобы бороться с этим, BSD первоначально увеличила размер блока файловой системы с одного сектора до 1 КБ в 4.0 BSD; а в FFS увеличен размер блока файловой системы с 1 КБ до 8 К. Это имеет несколько эффектов. Вероятность того, что секторы файла будут смежными, намного выше. Объем служебных данных для перечисления блоков файла уменьшается, в то время как количество байтов, представляемых любым заданным количеством блоков, увеличивается.

Также возможны диски большего размера, поскольку максимальное количество блоков ограничено фиксированным номером блока битовой ширины. Однако при больших размерах блоков диски с большим количеством небольших файлов будут тратить впустую пространство, поскольку каждый файл должен занимать хотя бы один блок. Из-за этого BSD добавила фрагментацию на уровне блоков, также называемую перераспределением блоков, объединением хвостов или упаковкой хвостов, где последний частичный блок данных из нескольких файлов может храниться в одном блоке «фрагмента». из нескольких по большей части пустых блоков (Allen 2005).

Реализации

Поставщики некоторых проприетарных систем Unix, таких как SunOS / Solaris, System V Release 4, HP-UX и Tru64 UNIX, а также открытые производные от Unix системы, такие как illumos, адаптировали UFS. Большинство из них адаптировали UFS для собственных нужд, добавив проприетарные расширения, которые могут не распознаваться версиями Unix других поставщиков. Многие продолжают использовать исходный размер блока и ширину полей данных в качестве исходной UFS, поэтому некоторая степень совместимости чтения остается на разных платформах. Совместимость между реализациями в целом в лучшем случае неоднородна.

Начиная с Solaris 7, Sun Microsystems включала ведение журнала UFS, что обеспечивало журналирование файловой системы в UFS, который все еще доступен в текущих версиях Solaris и illumos. Solaris UFS также имеет расширения для больших файлов и больших дисков и другие функции.

В 4.4BSD и BSD системы Unix, производные от него, такие как FreeBSD, NetBSD, OpenBSD и DragonFlyBSD, реализация UFS1 и UFS2 разделена на два уровня: верхний уровень, который обеспечивает структуру каталогов и поддерживает метаданные (разрешения, владение и т. Д.) В структуре inode, и нижние уровни, которые предоставляют данные контейнеры реализованы как inodes. Это было сделано для поддержки как традиционной FFS, так и файловой системы с журнальной структурой LFS с общим кодом для общих функций. Верхний уровень называется «UFS», а нижние уровни - «FFS» и «LFS». В некоторых из этих систем термин «FFS» используется для комбинации нижнего уровня FFS и верхнего уровня UFS, а термин «LFS» используется для комбинации нижнего уровня LFS и верхнего уровня UFS.

Кирк МакКусик реализовал перераспределение блоков, метод, который переупорядочивает блоки в файловой системе непосредственно перед выполнением записи, чтобы уменьшить фрагментацию и контролировать старение файловой системы. Он также реализовал мягкие обновления, механизм, который поддерживает согласованность файловой системы без ограничения производительности, как это делал традиционный режим синхронизации. Это имеет побочный эффект, заключающийся в снижении требований к проверке файловой системы после сбоя или сбоя питания. Чтобы решить оставшиеся проблемы после сбоя, была введена фоновая утилита fsck.

В UFS2 Кирк МакКусик и Пол-Хеннинг Камп расширили уровни FreeBSD FFS и UFS, добавив 64-битные указатели блоков (что позволило томам увеличиваться до 8 зебибайтов ), блоки переменного размера (аналогично экстентам ), расширенные поля флагов, дополнительные отметки «времени рождения», поддержка расширенных атрибутов и ACL POSIX1.e. UFS2 стала версией UFS по умолчанию, начиная с FreeBSD 5.0. FreeBSD также представила программные обновления и возможность создавать снимки файловой системы как для UFS1, так и для UFS2. С тех пор они были перенесены в NetBSD, но в конечном итоге мягкие обновления (называемые мягкими зависимостями в NetBSD) были удалены из NetBSD 6.0 в пользу менее сложного механизма журналирования файловой системы под названием WAPBL (также называемого журналированием), который был добавлен в FFS в NetBSD 5.0. OpenBSD поддерживает программные обновления с версии 2.9 и поддерживает UFS2 (FFS2) (без ACL) с версии 4.2. OpenBSD теперь сделал UFS2 версией UFS по умолчанию и будет включен в выпуск 6.7. Начиная с FreeBSD 7.0, UFS также поддерживает ведение журнала файловой системы с использованием провайдера gjournal GEOM. FreeBSD 9.0 добавляет поддержку легкого журналирования поверх мягких обновлений (SU + J), что значительно снижает потребность в фоновой fsck и списках ACL NFSv4.

FreeBSD, NetBSD, OpenBSD и DragonFly BSD также включают систему Dirhash, разработанную Яном Доусом. Эта система поддерживает хеш-таблицу в памяти для ускорения поиска в каталогах. Dirhash устраняет ряд проблем с производительностью, связанных с большими каталогами в UFS.

Linux включает реализацию UFS для двоичной совместимости