Linux API. Исчерпывающее руководство полностью

Файловая система ext2 является хорошим примером традиционной файловой системы UNIX, и для нее характерны типичные ограничения таких файловых систем: после системного сбоя необходимо выполнить проверку согласованности (fsck) или перезагрузку для обеспечения целостности системы. Это необходимо, поскольку в момент сбоя могло быть не завершено обновление какого-либо файла и метаданные файловой системы (записи каталогов, информация индексных дескрипторов и указатели на блоки данных) могут оказаться несогласованными. Если такие несоответствия не устранить, то файловая система может быть повреждена еще сильнее. Проверка согласованности файловой системы гарантирует целостность метаданных файловой системы. Там, где это возможно, выполняются исправления; если же информацию невозможно извлечь (включая, возможно, и данные), то она отбрасывается.

Проблема в том, что для проверки целостности необходимо обследовать всю файловую систему. Для небольшой файловой системы на это может потребоваться от нескольких секунд до минут. В больших файловых системах на проверку могут уйти часы, и это представляет серьезную проблему для систем, которые должны сохранять высокую доступность (например, сетевые серверы).

В журналируемых файловых системах устранена необходимость продолжительной проверки целостности файловой системы после системного сбоя. Журналируемая файловая система заносит (журналирует) все обновления метаданных в специальный файл журнала на диске до того, как они будут осуществлены фактически. Эти обновления заносятся в группы, связанные с обновлениями метаданных (транзакции). Если происходит системный сбой во время транзакции, то при перезагрузке системы можно использовать журнал, чтобы быстро отменить все незавершенные обновления и вернуть систему в согласованное состояние. (Выражаясь языком, который применяют для баз данных, мы можем сказать, что журналируемая файловая система всегда гарантирует фиксацию транзакций метаданных файла как завершенного модуля.) Даже довольно большие файловые системы могут быть снова доступны уже через несколько секунд после системного сбоя, и это делает их весьма привлекательными в тех случаях, когда требуется повышенная доступность.

Самым заметным недостатком журналирования является то, что при этом затрачивается дополнительное время на обновления файлов, хотя при хорошей реализации эти издержки можно снизить.

Некоторые журналируемые файловые системы гарантируют лишь согласованность метаданных файла. Поскольку они не следят за данными файла, эти данные могут быть потеряны при сбое. Файловые системы ext3, ext4 и Reiserfs обеспечивают возможность слежения за обновлениями данных, но, в зависимости от рабочей нагрузки, это может привести к снижению скорости ввода-вывода.

К числу журналируемых файловых систем, доступных в Linux, относятся следующие.

• Reiserfs. Это первая журналируемая файловая система, которая была интегрирована в ядро (в версии 2.4.1). Она обладает функцией, которая называется упаковкой хвостов (или слиянием хвостов): небольшие файлы (а также завершающие фрагменты больших файлов) упаковываются в те же дисковые блоки, что и метаданные файла. Поскольку во многих системах присутствует большое количество маленьких файлов (а некоторые приложения создают такие файлы), упомянутая функция позволяет высвободить существенный объем дискового пространства.

• Файловая система ext3 явилась результатом проекта по добавлению журналирования в систему ext2 с минимальными затратами. Миграция от файловой системы ext2 к ext3 осуществляется очень просто (нет необходимости в создании резервной копии файлов и ее восстановлении), возможно также выполнить миграцию в обратном направлении. Файловая система ext3 была интегрирована в ядро в версии 2.4.15.

• Файловая система JFS разработана компанией IBM. Она интегрирована в ядро в версии 2.4.20.

• Файловая система XFS (oss.sgi.com/projects/xfs/) была разработана в начале 90-х годов компанией Silicon Graphics (SGI) для ОС Irix, собственной реализации UNIX. В 2001 году файловая система XFS была портирована в Linux и стала доступна в качестве свободного программного обеспечения. Она была интегрирована в ядро в версии 2.4.24.

Поддержка различных файловых систем указывается с помощью параметров ядра, которые устанавливаются в меню File systems (Файловые системы) при конфигурировании ядра.

На момент написания книги известно, что ведется работа над двумя другими файловыми системами, которые обеспечивают журналирование и некоторые другие расширенные функции.