На ряду с поддержкой больших дисковых пространств, XFS разработана для обеспечения высокопроизводиельного доступа к файлам и файловой системе. XFS задумана для работы на больших разреженных дисковых массивах, в условиях совокупной пропускной способности аппаратных средств от десятков до сотен Mb/s.

Ключами к достижению столь высокой производительноти являются оптимально подобранный размер и эффективное распараллеливане I/O-запросов. Современные жесткие диски имеют более высокую пропускную способность при выполнении ввода-вывода большими блоками. В дисковых массивах потребность в обмене большими кусками данных еще больше, потому что длинные запросы состоят из множества маленьких – к каждому диску. Т.к. размер отдельного I/O-запроса ограничен, важно выполнять множество запросов параллельно, чтобы распределять нагрузку между всеми устройствами. Совокупная пропускная способность дискового массива будет достигнута только в том случае, если все устройства в массиве равномерно загружены.

В этом разделе мы опишем, каким образом XFS позволяет приложениям полностью использовать пропускную способность, предоставляемую аппаратурой. Мы начнем с описания механизма размещения больших непрерывных (continguous) файлов, затем расскажем о выполнении ввода-вывода на такие файлы, и закончим описанием эффективных алгоритмов работы с метаданными.

Непрерывное размещение файлов

Первый шаг к обеспечению возможности выполнять ввод-вывод посредством длинных I/O-запросов – размещение файлов как можно более непрерывно, т.к. размер запроса к устройству ограничен количеством непрерывно расположенных блоков в файле, над которым выполняется операция чтения или записи.

Отложенное размещение (Delaying Allocation)

Одна из ключевых особенностей XFS в деле непрерывного размещения файлов – это отложенное выделение зон (delayed file extent allocation). Алгоритм delayed allocation использует “ленивые” техники назначения физических блоков файлу. Вместо того, чтобы выделять блоки файлу в момент его записи в кэш, XFS просто резервирует блоки в файловой системе, размещая данные в специальных буферах, называемых виртуальными зонами (virtual extents). Только когда буферизованные данные сбрасываются (flush) на диск, виртуальным зонам назначаются конкретные блоки. Решение о размещение файла на диске откладывается до момента, когда ФС будет располагать более точной информацией о конечном размере файла. Когда весь файл содержится в памяти, то он обычно может быть размещен в одном куске непрерывного дискового пространства. Файлам, не умещающимся в памяти, алгоритм delayed allocation позволяет быть размещенными гораздо более непрерывно, чем это было бы возможно без его применения.

Механизм отложенного размещения хорошо соответствует концепции современной файловой системы, т.к. его эффективность возрастает с увеличением объема системной RAM - чем больше данных будет буферизовано в памяти, тем более оптимальные решения по их размещению будет принимать XFS. Кроме того, файлы с малым временем жизни могут вовсе не получить физического воплощения на диске – XFS просто не успеет принять решение о размещении до их удаления. Такие короткоживущие файлы – обычное дело в UNIX-системах, и механизм delayed allocation позволяет существенно уменьшить количество модификаций метаданных, вызванных созданием и удалением таких файлов, а также устранить их влияние на фрагментацию ФС.

Другой плюс отложенного размещения состоит в том, что файлы, записанные беспорядочно, но не имеющие “дыр”, чаще всего будут размещаться на диске рядом. Если все “грязные” данные могут быть буферизованы в памяти, то пространство для этих данных скорее всего будет размещено непрерывно в тот момент, когда они сбрасываются (flushed) на диск. Это особенно важно для приложений, пишущих данные в отображенные (mapped) файлы, когда случайный доступ – правило, а не исключение.

Поддержка больших зон (large extents)

Для эффективного управления большими непрерывными зонами дискового пространства XFS использует очень большие дескрипторы зон в карте зон файла. Каждый дескриптор может описывать более двух миллионов дисковых блоков, т.к. мы используем 21-битное число для хранения длины зоны. Описание множества блоков в одном дескрипторе экономит процессорное время, устраняя операцию сканирования зонной карты файла с целью поиска непрерывных кусков.

Дескрипторы зон в XFS – это 16-байтные структуры данных. В действительност это их сжатый размер, т.к. в памяти дескриптор зоны нуждается в 20 байтах: 8 на смещение в файле, 8 на номер первого блока и 4 на длину зоны. Наличие таких больших дескрипторов зон освобождает место в inode, которое раньше тратилось на большое количество меньших указателей на зоны (как в EFS – 8 байт). Мы считаем, что это разумный подход.

Поддержка блоков различных размеров

В дополнение ко всем приемам обеспечения непрерывности выделения дискового пространства, XFS поддерживает размер блока от 512 байт до 64 kb. Размер блока файловой системы – это минимальный размер для I/O-запросов и запросов на размещение. Он также является элементарной единицей фрагментации файловой системы. При выборе размера блока следует учитывать, что вместе с ним возрастает и внутренняя фрагментация. Файловые системы с множеством мелких файлов, например, серверы новостей, обычно используют маленький размер блока, чтобы избежать траты места на внутреннюю фрагментацию. Для ФС, хранящих большие файлы, напротив выбирают большой размер блока, чтобы уменьшить внешнюю фрагментацию зон файлов и всей ФС.

индекс статьи
страница 1 : страница без заголовка
страница 2 : страница без заголовка
страница 3 : страница без заголовка
страница 4 : страница без заголовка
страница 5 - текущая : страница без заголовка
страница 6 : страница без заголовка
страница 7 : страница без заголовка