Войти
| Разработчик (и) | |
|---|---|
| Полное имя | XFS |
| выпущен | 1994; 26 лет назад (1994 г.) с IRIX 5.3 |
| Идентификатор раздела | 0x83 (Основная загрузочная запись ) |
| Структуры | |
| Содержимое каталога | B + деревья |
| Размещение файлов | B + деревья |
| Пределы | |
| Макс. Размер тома | 8 exbibytes - 1 байт |
| Макс. Размер файла | 8 exbibytes - 1 байт |
| Макс.. количество файлов | 2 |
| Максимальная длина имени файла | 255 байт |
| Допустимые символы в именах файлов | Все, кроме NULL и "/" |
| Характеристики | |
| Даты записано | atime, mtime, ctime, версия 5: crtime |
| Диапазон дат | 14 декабря 1901 г. - 18 января 2038 г., предлагается: 8-битная эпоха |
| Разрешение даты | 1 нс |
| Атрибуты | Да |
| Разрешения файловой системы | Да |
| Прозрачное сжатие | No |
| Прозрачное шифрование | Нет (предоставляется на уровне блочного устройства) |
| Дедупликация данных | Экспериментальная, только Linux |
| Другое | |
| Поддерживаемые операционные системы | |
XFS - высокопроизводительный 64-битный журналируемая файловая система, созданная Silicon Graphics, Inc (SGI) в 1993 году. Это была файловая система по умолчанию в операционной системе SGI IRIX, начиная с ее версии 5.3. XFS была перенесена на ядро Linux в 2001 году; по состоянию на июнь 2014 года XFS поддерживается большинством дистрибутивов Linux, некоторые из которых используют его в качестве файловой системы по умолчанию.
XFS выделяется в выполнении параллельных операций ввода / вывода (I / O) благодаря своей конструкции, которая основана на группах распределения (тип подразделения физических томов, в которых используется XFS, также сокращенно до AG). Благодаря этому XFS обеспечивает предельную масштабируемость потоков ввода-вывода, пропускной способности файловой системы и размера файлов, а также самой файловой системы при охвате нескольких физических устройств хранения. XFS обеспечивает согласованность данных за счет использования метаданных журналирования и поддержки барьеров записи. Распределение пространства выполняется через экстенты со структурами данных, хранящимися в B + деревьях, улучшая общую производительность файловой системы, особенно при обработке больших файлов. Отложенное размещение помогает предотвратить фрагментацию файловой системы; Также поддерживается оперативная дефрагментация. Уникальной особенностью XFS является предварительное выделение полосы пропускания ввода-вывода с заранее определенной скоростью; это подходит для многих приложений реального времени. Однако эта функция поддерживалась только на IRIX и только на специализированном оборудовании.
Начало Silicon Graphics разработка XFS ('X' должно было быть заполнено позже, но никогда не было) в 1993 году.
Файловая система была выпущена под Стандартной общественной лицензией GNU (GPL) в мае 2000 года. Команда под руководством Стива Лорда из SGI перенесла его на Linux, и первая поддержка дистрибутивом Linux появилась в 2001 году. Эта поддержка постепенно стала доступной почти во всех дистрибутивах Linux.
Первоначальная поддержка для XFS в ядре Linux прошло патчей fr ом SGI. Он был объединен с основной веткой ядра Linux для серии 2.6 и отдельно в феврале 2004 г. объединен с серией 2.4 в версии 2.4.25, что сделало XFS почти повсеместно доступным в системах Linux. Gentoo Linux стал первым дистрибутивом Linux, который представил возможность использования XFS в качестве файловой системы по умолчанию в середине 2002 года.
FreeBSD добавила поддержку только для чтения для XFS в декабре 2005 года., а в июне 2006 г. введена экспериментальная поддержка записи. Однако это было предназначено только как помощь при переходе с Linux, а не в качестве «основной» файловой системы. FreeBSD 10 удалила поддержку XFS.
В 2009 году версия 5.4 64-битного Red Hat Enterprise Linux (RHEL) дистрибутива Linux содержала необходимую поддержку ядра для создания и использования файла XFS. систем, но отсутствовали соответствующие инструменты командной строки. Инструменты, доступные в CentOS, могли работать с этой целью, и Red Hat также предоставляла их клиентам RHEL по запросу. RHEL 6.0, выпущенный в 2010 году, включает поддержку XFS за плату как часть «надстройки масштабируемой файловой системы» Red Hat. Oracle Linux 6, выпущенный в 2011 году, также включает возможность использования XFS.
RHEL 7.0, выпущенный в июне 2014 года, использует XFS в качестве файловой системы по умолчанию, включая поддержку использования XFS для раздела / boot, что ранее было непрактично из-за ошибок в Загрузчик GRUB.
Ядро Linux 4.8 в августе 2016 года добавило новую функцию, «обратное отображение». Это основа для большого набора запланированных функций: снимков, копирование при записи (COW) данные, дедупликация данных, копии ссылок, онлайн-данные и очистка метаданных , высокоточная отчетность о потере данных или поврежденных секторах, а также значительно улучшенное восстановление поврежденных или поврежденных файловых систем. Эта работа потребовала изменений в формате XFS на диске.
XFS - это 64-битная файловая система, поддерживающая максимальный размер файловой системы 8 exbibytes минус один байт (2–1 байт), но ограничения, налагаемые операционной системой хоста, могут уменьшить этот предел. 32-битные системы Linux ограничивают размер файла и файловой системы до 16 тебибайт.
В современных вычислениях ведение журнала - это возможность, которая обеспечивает согласованность данных в файловой системе, несмотря на любые перебои в подаче электроэнергии или сбой системы. XFS обеспечивает ведение журнала для метаданных файловой системы, при этом обновления файловой системы сначала записываются в последовательный журнал, прежде чем будут обновлены фактические блоки диска. Журнал представляет собой кольцевой буфер дисковых блоков, который не читается при нормальной работе файловой системы.
Журнал XFS может храниться в разделе данных файловой системы (как внутренний журнал) или на отдельном устройстве для минимизации конфликтов на диске.
В XFS журнал в основном содержит записи, описывающие части блоков диска, измененные операциями файловой системы. Обновления журнала выполняются асинхронно, чтобы избежать снижения производительности.
В случае сбоя системы операции файловой системы, которые произошли непосредственно перед сбоем, могут быть повторно применены и завершены в соответствии с записью в журнале, таким образом данные, хранящиеся в файловых системах XFS, остаются согласованными. Восстановление выполняется автоматически при первом монтировании файловой системы после сбоя. Скорость восстановления не зависит от размера файловой системы, а зависит от количества операций файловой системы, которые необходимо повторно применить.
Файловые системы XFS внутренне разделены на группы размещения, которые представляют собой линейные области одинакового размера в файловой системе. Файлы и каталоги могут охватывать группы размещения. Каждая группа распределения управляет своими собственными дескрипторами inodes и свободным пространством отдельно, обеспечивая масштабируемость и параллелизм, поэтому несколько потоков и процессов могут одновременно выполнять операции ввода-вывода в одной файловой системе.
Эта архитектура помогает оптимизировать производительность параллельного ввода-вывода в системах с несколькими процессорами и / или ядрами, поскольку обновления метаданных также можно распараллеливать. Внутреннее разделение, обеспечиваемое группами распределения, может быть особенно полезным, когда файловая система охватывает несколько физических устройств, что позволяет оптимально использовать пропускную способность базовых компонентов хранилища.
Если файловая система XFS должна быть создана в чередующемся массиве RAID, то можно указать блок stripe, когда файл система создана. Это максимизирует пропускную способность, гарантируя, что распределения данных, выделения inode и внутренний журнал (журнал) выровнены с блоком страйпа.
Блоки, используемые в файлах, хранящихся в файловых системах XFS, управляются с переменной длиной экстентами, где один экстент описывает один или несколько смежных блоков. Это может значительно сократить список блоков по сравнению с файловыми системами, которые перечисляют все блоки, используемые файлом по отдельности.
Блочно-ориентированные файловые системы управляют распределением пространства с помощью одного или нескольких блочно-ориентированных растровых изображений; в XFS эти структуры заменены структурой, ориентированной на экстенты, состоящей из пары B + деревьев для каждой группы размещения файловой системы. Одно из деревьев B + индексируется длиной свободных экстентов, а другое - начальным блоком свободных экстентов. Эта двойная схема индексации позволяет высокоэффективно выделять свободные экстенты для операций файловой системы.
Размер блока файловой системы представляет собой минимальную единицу распределения. XFS позволяет создавать файловые системы с размерами блоков от 512 байт до 64 КБ, что позволяет настроить файловую систему для ожидаемой степени использования. Когда ожидается много маленьких файлов, небольшой размер блока обычно максимизирует емкость, но для системы, работающей в основном с большими файлами, больший размер блока может обеспечить преимущество в производительности.
XFS использует методы отложенного вычисления для размещения файлов. Когда файл записывается в буферный кеш, вместо выделения экстентов для данных, XFS просто резервирует соответствующее количество блоков файловой системы для данных, хранящихся в памяти. Фактическое распределение блоков происходит только тогда, когда данные окончательно сбрасываются на диск. Это увеличивает вероятность того, что файл будет записан в непрерывную группу блоков, уменьшая проблемы фрагментации и повышая производительность.
XFS предоставляет 64-битное разреженное адресное пространство для каждого файла, что позволяет использовать как файлы очень большого размера, так и «дыры» в файлах, в которых не выделено дисковое пространство.. Поскольку файловая система использует карту экстентов для каждого файла, размер карты размещения файлов остается небольшим. Если размер карты распределения слишком велик для того, чтобы ее можно было сохранить в inode, карта перемещается в дерево B +, которое обеспечивает быстрый доступ к данным в любом месте 64-битного адресного пространства, предоставленного для файла.
XFS предоставляет несколько потоков данных для файлов; это стало возможным благодаря реализации расширенных атрибутов. Это позволяет хранить несколько пар имя / значение, прикрепленных к файлу. Имена представляют собой печатаемые символьные строки с завершающим нулем и длиной до 256 байт, а связанные с ними значения могут содержать до 64 КБ двоичных данных.
Далее они подразделяются на два пространства имен: rootи user. Расширенные атрибуты, хранящиеся в корневом пространстве имен, могут быть изменены только суперпользователем, в то время как атрибуты в пространстве имен пользователя могут быть изменены любым пользователем, имеющим разрешение на запись в файл.
Расширенные атрибуты могут быть прикреплены к любому типу индексного дескриптора XFS, включая символические ссылки, узлы устройств, каталоги и т. Д. Утилиту attrможно использовать для управления расширенными атрибутами из командной строки, а утилиты xfsdumpи xfsrestoreзнают о расширенных атрибутах и будут выполнять резервное копирование и восстановление их содержимого. Большинство других систем резервного копирования не поддерживают работу с расширенными атрибутами.
Для приложений, требующих высокой пропускной способности на диск, XFS предоставляет реализацию прямого ввода-вывода, которая позволяет применять некэшированные операции ввода-вывода непосредственно к пользовательскому пространству. Данные передаются между буфером приложения и диском с использованием DMA, что позволяет получить доступ ко всей полосе пропускания ввода-вывода нижележащих дисковых устройств.
Система ввода-вывода XFS с гарантированной скоростью предоставляет API, который позволяет приложениям зарезервировать полосу пропускания для файловой системы. XFS динамически вычисляет производительность, доступную от базовых устройств хранения, и резервирует полосу пропускания, достаточную для удовлетворения запрошенной производительности в течение указанного времени. Это особенность, уникальная для файловой системы XFS. Гарантированные ставки могут быть «жесткими» или «мягкими», представляя собой компромисс между надежностью и производительностью; однако XFS допускает только «жесткие» гарантии, если базовая подсистема хранения поддерживает их. Эта возможность используется в основном для приложений реального времени, таких как потоковое видео.
Ввод-вывод с гарантированной скоростью поддерживался только в IRIX, и для этого требовалось специальное оборудование.
XFS реализовал Интерфейс DMAPI для поддержки Иерархического управления хранилищем в IRIX. По состоянию на октябрь 2010 года реализация XFS в Linux поддерживала требуемые метаданные на диске для реализации DMAPI, но, по сообщениям, поддержка ядра не использовалась. Некоторое время в SGI размещалось дерево ядра, которое включало перехватчики DMAPI, но эта поддержка не поддерживалась должным образом, хотя разработчики ядра заявили о своем намерении обновить эту поддержку.
XFS пока не обеспечивает прямой поддержки моментальных снимков, поскольку в настоящее время ожидает, что процесс моментального снимка будет реализован менеджером томов. Создание моментального снимка файловой системы XFS включает в себя временную остановку ввода-вывода в файловую систему с помощью утилиты xfs_freeze, при этом диспетчер томов выполняет фактический моментальный снимок, а затем возобновляет ввод-вывод для продолжения обычных операций. После этого моментальный снимок можно будет подключить только для чтения в целях резервного копирования.
Релизы XFS в IRIX включали интегрированный менеджер томов под названием XLV. Этот менеджер томов не был перенесен на Linux, и вместо этого XFS работает со стандартным LVM в системах Linux.
В последних версиях ядер Linux функция xfs_freezeреализована на уровне VFS и выполняется автоматически при вызове функции моментального снимка Volume Manager. Когда-то это было ценным преимуществом, поскольку файловую систему ext3 нельзя было приостановить, а диспетчер томов не мог создать согласованный «горячий» моментальный снимок для резервного копирования сильно загруженной базы данных. К счастью, это уже не так. Начиная с Linux 2.6.29, файловые системы ext3, ext4, GFS2 и JFS также имеют функцию замораживания.
Хотя характер XFS, основанный на экстентах, и стратегия отложенного выделения, которую она использует, значительно повышают устойчивость файловой системы к проблемам фрагментации, XFS предоставляет утилиту дефрагментации файловой системы (xfs_fsr, сокращение от реорганизатора файловой системы XFS), который может дефрагментировать файлы в смонтированной и активной файловой системе XFS.
XFS предоставляет утилиту xfs_growfsдля изменения размера файлов в режиме онлайн. Файловые системы XFS. Файловые системы XFS могут быть расширены до тех пор, пока на устройстве, содержащем файловую систему, остается нераспределенное пространство. Эта функция обычно используется в сочетании с управлением томами, поскольку в противном случае раздел , содержащий файловую систему, потребует отдельного увеличения. Разделы XFS нельзя (по состоянию на август 2017 г.) сжать на месте, хотя было обсуждено несколько возможных обходных решений.
Операции с метаданными в XFS были медленнее по сравнению с файловыми системами журналирования, реализованными позже и разработанными для работы с гораздо большими журналами, что, например, снижает производительность таких операций, как удаление большого количества файлов. Однако новая функция XFS, реализованная Джоном Нельсоном и называемая отложенным ведением журнала, доступная с версии 2.6.39 основной ветки ядра Linux, как говорят, решает эту проблему; тесты производительности, проведенные разработчиком в 2010 году, показали, что уровни производительности аналогичны ext4 при небольшом количестве потоков и превосходят его при большом числе потоков.
