Файловая система с лог-структурой - Log-structured file system
А файловая система с лог-структурой это файловая система в котором данные и метаданные записываются последовательно в кольцевой буфер, называется журнал. Дизайн был впервые предложен в 1988 г. Джон К. Остерхаут и Фредом Дуглисом и впервые реализованы в 1992 году Ousterhout и Мендель Розенблюм для Unix-подобных Спрайт распределенная операционная система.[1]
Обоснование
Обычные файловые системы имеют тенденцию размещать файлы с большой осторожностью в пространственном расположении и вносить изменения в свои структуры данных на месте, чтобы хорошо работать с оптическими и магнитными дисками, которые имеют тенденцию к относительно медленному поиску.
Проектирование файловых систем с журнальной структурой основано на гипотезе о том, что это больше не будет эффективным, потому что постоянно увеличивающиеся размеры памяти на современных компьютерах приведут к тому, что операции ввода-вывода станут тяжелыми для записи, поскольку чтение почти всегда будет выполняться из кеша памяти. Таким образом, файловая система с журнальной структурой рассматривает свое хранилище как круговой журнал и записывает последовательно в начало журнала.
Это имеет несколько важных побочных эффектов:
- Пропускная способность записи на оптические и магнитные диски повышается, поскольку они могут быть разделены на большие последовательные тиражи, а дорогостоящие операции поиска сведены к минимуму.
- Структура естественно подходит для сред с только добавление зоны или страницы, такие как флэш-накопители и черепичная магнитная запись Жесткие диски[2][3]
- При записи создаются несколько прогрессивных в хронологическом порядке версий как файловых данных, так и метаданных. Некоторые реализации делают эти старые версии файлов именованными и доступными, что иногда называют путешествием во времени или снимок. Это очень похоже на версия файловой системы.
- Восстановление после сбоев проще. При следующем монтировании файловой системе не требуется обходить все свои структуры данных, чтобы исправить любые несоответствия, но она может восстановить свое состояние по последней согласованной точке в журнале.
Однако файловые системы с журнальной структурой должны освобождать свободное пространство в конце журнала, чтобы файловая система не переполнялась, когда заголовок журнала оборачивается, чтобы соответствовать этому. Хвост может освободить место и продвинуться вперед, пропуская данные, более новые версии которых существуют дальше в журнале. Если новых версий нет, данные перемещаются и добавляются в заголовок.
Чтобы уменьшить накладные расходы, связанные с этим вывоз мусора, большинство реализаций избегают чисто циклических журналов и разделяют их хранилище на сегменты. Голова бревна просто переходит в несмежные сегменты, которые уже свободны. Если требуется пространство, сначала освобождаются наименее заполненные сегменты. Это снижает нагрузку ввода / вывода (и уменьшает запись усиления ) сборщика мусора, но становится все более неэффективным по мере того, как файловая система заполняется и приближается к емкости.
Недостатки
В обоснование дизайна для файловых систем с журнальной структурой предполагается, что большая часть операций чтения будет оптимизирована за счет постоянного увеличения кешей памяти. Это предположение не всегда верно:
- На магнитных носителях, где поиски относительно дороги, структура журнала может фактически значительно замедлить чтение, поскольку фрагменты файлы, которые в обычных файловых системах обычно сохраняются при записи на месте.
- Во флеш-памяти - где время поиска обычно незначительно - структура журнала может не дать существенного прироста производительности, поскольку фрагментация записи оказывает гораздо меньшее влияние на пропускную способность записи. Другая проблема заключается в том, что складывать журнал поверх другого журнала - не очень хорошая идея, так как это приводит к многократному стиранию с невыровненным доступом.[4] Однако многие устройства на основе флэш-памяти не могут перезаписать часть блока, и они должны сначала выполнить (медленный) цикл стирания каждого блока, прежде чем можно будет перезаписать, поэтому, помещая все записи в один блок, это может улучшить производительность, а не для записи, разбросанной по различным блокам, каждый из которых необходимо скопировать в буфер, стереть и записать обратно, что является явным преимуществом для так называемой «сырой» флэш-памяти, где уровень трансляции флэш-памяти пропускается.[нужна цитата ]
Смотрите также
использованная литература
- ^ Джон К. Остерхаут, Мендель Розенблюм. (1991), Разработка и реализация файловой системы с лог-структурой (PDF), Калифорнийский университет в Беркли
- ^ Команды разработчиков оборудования Magic Pocket. «Расширение инноваций Magic Pocket с развертыванием первого накопителя SMR петабайтного масштаба». dropbox.tech.
- ^ Рид, Колин; Бернштейн, Фил (1 января 2010 г.). «Реализация интерфейса только для добавления для полупроводниковой памяти» (PDF). IEEE Data Eng. Бык. 33: 14-20.
- ^ Сваминатан Сундарараман, Джингпей Ян (2014), Не помещайте свой журнал в мой журнал (PDF), SanDisk Corporation