2.2.2. Журналируемые файловые системы.

Представим такую ситуацию. У вас есть жесткий диск, скажем, на 80 Гб. Сегодня таким объемом никого не удивишь, не так ли? Вы поленились разбить его на разделы, и у вас есть один большой раздел, занимающий все ваши 80 Гб. И вот в момент записи на диск произошло отключение питания. Хорошо, если это случилось во время записи данных какого-то файла, пусть и очень важного: файл можно восстановить хотя бы частично. А вот если свет погас, когда операционная система записывала метаданные, то расположение файла на диске перестанет соответствовать списку принадлежащих ему блоков в индексном дескрипторе. Файловая система может утратить целостность, то есть такое состояние, когда каждый блок принадлежит не более чем одному файлу (inode). В результате вы можете не досчитаться не одного, а сотни файлов.

Признаком потери целостности служит бит чистого размонтирования (clean bit), точнее, его отсутствие. Этот бит сбрасывается при подключении (монтировании) файловой системы в знак того, что файловая система сейчас используется. После успешного размонтирования файловой системы этот бит устанавливается снова.

Если при монтировании файловой системы в процессе загрузки операционная система обнаруживает, что чистый бит не установлен, она запускает средство проверки файловой системы — программу fsck. Представляете, сколько времени займет такая проверка? Даже при условии, что ошибок будет мало или вообще не будет, придется ждать довольно долго. А если еще будет нарушена целостность, тогда восстановление этой целостности займет еще несколько минут вашего времени.

Все это справедливо для обычной файловой системы. Журналируемая же файловая система перед тем, как что-то сделать с файлами, записывает на диск некое описание планируемой операции и вычеркивает каждый пункт плана только после того, как он успешно выполнен. Тогда после сбоя можно будет не проверять на целостность весь огромный раздел, а только просмотреть журнал и откатить незаконченные операции.

Имейте в виду, что целью журналирования является обеспечение целостности файловой системы, а не сохранность пользовательских данных как таковых.

Журналировать операции записи самих данных тоже можно: в этом случае есть вероятность, что данные после сбоя будут восстановлены. Правда, согласно золотому правилу механики, за все нужно платить, и платить приходится быстродействием.

Решают вопрос разными ухищрениями: например, запись происходит в момент наименьшей активности, некоторые журналируемые файловые системы позволяют разместить журнал на другом физическом диске. Да и фактически время работы с журналом намного меньше, чем работа непосредственно с данными. И, естественно, некоторый полезный объем теперь приходится отводить под сам журнал, но его размеры обычно не превышают 32 Мбайт, что по нынешним временам не так уж и много.

И все же лучшим средством от неожиданного отключения до сих пор являются источники бесперебойного питания…

Современные версии ядра Linux (2.6.x) поддерживают в качестве родных четыре журналируемые файловые системы: ReiserFS, ext3fs, XFS и JFS. Из них журналирование данных поддерживает только ext3fs. Список файловых систем, которые поддерживаются вашим ядром, содержится в файле /proc/filesystems.

ReiserFS.

Разработана Хансом Райзером (Hans Reiser) и его компанией Namesys ( http://www.namesys.com) и официально включена в ядро 2.4.4. Преимущества данной ФС в основном проявляются в работе с мелкими файлами: они целиком хранятся в своих i-узлах (inode), без выделения блоков в области данных. Вместе с экономией места это способствует и росту производительности, так как данные и метаданные хранятся в непосредственной близости и могут быть считаны одной операцией ввода/вывода.

Другая особенность ReiserFS состоит в том, что хвосты файлов длиной меньше чем в один блок могут быть упакованы в один дисковый блок (режим тайлинга). Это обеспечивает около 5% экономии дискового пространства. Именно работа с маленькими файлами (меньше килобайта) и обслуживание большого их количества выделяет данную ФС среди прочих.

ReiserFS несовместима с ext2fs на уровне утилит обслуживания файловой системы, однако соответствующий инструментарий, объединенный в пакет reiserfsprogs, уже давно включается в стандартную поставку современных дистрибутивов. Если у вас его нет, то скачать можно по адресу ftp://ftp.namesys.com/pub/reiserfsprogs/reiserfsprogs-3.6.19.tar.gz.

Там же можно взять патчи для ядра 2.4.x.

К сожалению, загрузчики Linux (LILO и GRUB) не способны загрузить ядро Linux с раздела ReiserFS, оптимизированного в режиме тайлинга. Поэтому под каталог /boot лучше отводить отдельный раздел с файловой системой, совместимой с ext2fs.

XFS.

При работе с огромными (терабайтными) файлами вне конкуренции остается файловая система XFS, разработанная компанией Silicon Graphics (сейчас SGI) специально для операций с мультимедийными данными и впервые появившаяся в 1994 г. в версии ОС Irix 5.3. Она использует 64-битную адресацию, что позволяет увеличить максимальный размер файловой системы до 18 тысяч петабайт (при этом предельный размер файла составляет 9 тысяч петабайт).

Особенностью этой файловой системы является устройство журнала: в журнал пишется часть метаданных самой файловой системы таким образом, что весь процесс восстановления после сбоя сводится к копированию этих данных из журнала в файловую систему. Размер журнала задается при создании системы, он должен быть не меньше 32 мегабайт.

XFS эффективно распараллеливает операции ввода-вывода: она делит все пространство раздела на несколько равных областей (allocation group), служащих своего рода автономными файловыми системами в рамках единой XFS.

Пакет утилит обслуживания xfsprogs можно скачать с http://oss.sgi.com/projects/xfs/download.html (содержит ссылку на российское зеркало).

JFS.

Разработана IBM для рабочих станций под управлением ОС AIX, затем портирована для Linux и выпущена по Стандартной Общественной Лицензии. Всю необходимую информацию о ней можно найти по адресу http://jfs.sourceforge.net.

Размер журнала составляет примерно 40% от размера файловой системы. Эта файловая система может содержать несколько сегментов, содержащих журнал и данные. Такие сегменты называются агрегатами и могут монтироваться отдельно. Умеет она также хранить маленькие файлы и каталог и, содержащие не больше 8 файлов, в пределах индексного дескриптора.

Широкого признания пока не получила.

Ext3fs.

Файловая система ext3fs официально включена в ядро Linux с версии 2.4.16. Впервые она появилась в дистрибутивах RedHat и SuSE. Современные дистрибутивы, основанные на ядре 2.6.x, предлагают установить ext3fs по умолчанию.

Некоторые источники утверждают, что ext3fs — это всего лишь «надстройка» над файловой системой ext2fs, а не самостоятельная файловая система. Благодаря такому происхождению ext3fs совместима со всеми программами для обслуживания и настройки файловой системы ext2fs. И перейти на ext3fs можно простым добавлением файла журнала к ext2fs, не только без переформатирования раздела, но даже и без перезагрузки машины. Более того, ОС Linux на старых ядрах, не поддерживающих ext3fs, могут работать с разделами, на которых сформирована эта файловая система, просто подключая их как разделы ext2fs.

Кроме того, ext3fs — самая надежная из рассмотренных в этом параграфе новых файловых систем: в ней предусмотрено журналирование операций не только с метаданными, но и с данными файлов.

Журнал может быть включен в одном из следующих режимов:

♦ полного журналирования (journal);

♦ последовательном (ordered, применяется по умолчанию);

♦ обратной записи (writeback).

Режим полного журналирования позволяет минимизировать ваши потери при отключении питания, но является наиболее медленным из всех трех режимов. Этот режим и подразумевает журналирование записи пользовательских данных.

Самый быстрый режим — это «обратная запись». Это обыкновенное журналирование только метаданных.

Режим «последовательный» представляет собой компромисс между скоростью и полнотой. Официально журналируются только метаданные, но блоки соответствующих им данных записываются первыми. В большинстве случаев такой режим гарантирует сохранность данных, особенно если данные дописывались в конец файла, как обычно и бывает.

Какой режим выбрать? Если ваш сервер является файловым (FTP, WWW-сервер), то есть таким, который используется пользователями для хранения файлов, выберите режим полного журналирования — пользователи будут вам благодарны. Пусть в этом режиме сервер будет работать чуть медленнее, зато в случае ЧП можно минимизировать потери информации. Во всех остальных случаях нужно установить режим «Последовательный», точнее вообще не нужно ничего устанавливать — он используется по умолчанию.