Вопросы истории: UNIX, Linux, BSD и другие - Алексей Федорчук

В ext3 (и это была её особенность) предусматривалось три режима работы:

   1. журналирование с обратной записью (writeback), когда в файл журнала записываются только изменения метаданных файлов;

   2. последовательное, или обычное (ordered), задействуемое по умолчанию – также с журналированием только метаданных, но с группировкой связанных с ними данных в единую транзакцию;

   3. полное журналирование (journal), когда все изменения и метаданных, и блоков данных фиксируются в журнале, а только потом уже переносятся на диск.

Теоретически считается, что от первого режима к третьему возрастает надёжность файловой системы, но уменьшается быстродействие. В отношении быстродействия – вопрос спорный: Дениэл Роббинс (Daniel Robbins) приводи случаи, когда режим полного журналирования оказывался быстрее не только последовательного, но даже журналирования с обратной записью. По моим наблюдения, показатели быстродействия ext3 были вообще невоспроизводимы и от режима журналирования не зависели вовсе. И в любом случае уступали интегральной скорости работы в ReiserFS (не говоря уже о ext2), будучи сопоставимыми с UFS (не UFS2!) при включении Soft Updates.

Отступление для тех, кто не знает: Дениэл Роббинс был не только создателем дистрибутива Gentoo, но и автором большого количества технических статей, публиковавшихся на сайте IBM для разработчиков свободного софта. Среди этих статей (кстати, обладающих незаурядными литературными достоинствами) было Руководство по продвинутым файловым системам, известное в русском переводе Владимира Холманова. А размещались эти переводы первоначально на сайте линуксоидов города Ярославля, созданном в незапамятные времена Александром Благиным и существующем, как ни странно, до сих пор.

Что же до надёжности, то ext3 в режиме полного журналирования снискала репутацию абсолютно «непробиваемой» системы для использования на серверах, а в режиме последовательном считалась оптимальной для настольного применения.

Спорить на счёт устойчивости ext3 не буду. Но моё личное мнение по этому вопросу таково: устойчивость файловой системы вообще зависит от личного везения применителя. Особенно если речь идёт о сравнении ext3 и ReiserFS: жалоб на развал при аварийном завершении работы по поводу первой я слышал не меньше, чем относительно второй.

По собственному же опыту – банальное выключение питания в ходе обычной пользовательской работы, как правило, безболезненно переносят все журналируемые файловые системы, кроме, в некоторых случаях, XFS, о которой скоро пойдёт речь.

Тем не менее, как я уже сказал, репутация часто оказывается самым весомым фактором – и на протяжении долгого времени ext3 предлагалась по умолчанию инсталляторами большинства дистрибутивов.

Ныне, однако, ext3 почти вышла из употребления. Если ext2 всё ещё нередко применяется в ряде специальных случаев (например, для носителей небольшого объёма или там, где журналирование в принципе не имеет смысла), то в амплуа файловой системы общего назначения нынче выступает ext4. Она была разработана Эндрю Мортоном (Andrew Morton) в качестве экспериментальной в 2006 году, и в 2008 принята в ядро Linux'а как стабильная. С тех пор она развивается и поддерживается командой разработчиков, из которых наиболее известен Теодор Цо (Theodore Ts'o).

Подобно ext3, ext4 представляет собой дальнейшее развитие линии ext2, но уже без сохранения совместимости на уровне формата и инструментария. В ext4 предусматривается те же три режима журналирования, что и в ext3, с теми же названиями и особенностями. Однако в ней добавлен и четвёртый – режим работы без журнала вообще. Считается, что в этом режиме она наконец смогла отобрать у ext2 лавры рекордсмена по интегральному быстродействию.

Однако я забежал вперёд – ext4 не стала ещё достоянием истории и, похоже, не собирается это делать в обозримом будущем. Потому что следующей журналируемой системой по очередности появления в Linux'е стала XFS. Хотя создана она была много раньше – в 1994 году, усилиями фирмы Silicon Graphics, для её собственного варианта UNIX'а – IRIX. И была одной из первых 64-разрядных файловых систем.

К весне 2001 года относится открытие исходников XFS под лицензией GPL и разработка Linux-реализации. Долгое время её поддержка ядром этой ОС обеспечивалась только сторонними патчами – официально она была включена в ядро только в 2004 году. Да и после этого какой-то период по умолчанию поддерживалась не всеми дистрибутивами.

Но постепенно XFS утвердилась в Linux'е в качестве стандартной, чему способствовали её особенности, хорошо вписавшиеся в изменившиеся реалии окружающего мира. Если ReiserFS лучше всего показывала себя в обращении с маленькими файлами, то «коронкой» XFS была работа с очень большими файлами на очень больших файловых системах. Что и не удивительно, если вспомнить о её происхождении: фирма Silicon Graphics (ныне SGI) издревле была ориентирована на профессиональные средства в области графики и мультимедии, данные которых требовали большого объёма дисковой памяти и организации её в виде больших файлов. К середине нулевых годов это оказалось востребованным и в Linux'е.

Однако это было не единственной причиной распространения XFS: она (с некоторыми оговорками, о которых я скажу чуть позже) отличалась также впечатляющей производительностью и высокой надёжностью. Причём в полном блеске показывала своё быстродействие на многодисковых устройствах (multiple devices), то есть на аппаратных и программных RAID'ах, которые тоже получили широкое распространение в это время.

Однако, говоря ранее о быстродействии и надёжности XFS, я не случайно сделал оговорку. Дело в том, что это единственная файловая система, в которой теоретические ожидания (обратная корреляция между этими факторами) воплощается в действительность. В ранних версиях её Linux-реализации, которые действительно были завидно быстры, имело место так называемое «обнуление файлов» при сбое питания.

Затем это безобразие пытались побороть, включив в XFS по умолчанию опцию write barriers, от сей напасти избавляющую. Что, однако, привело к падению быстродействия на некоторых операциях. В частности, удаление большого количества маленьких файлов (а в работе с маленькими файлами XFS не блистала и без этой опции) стало происходить просто удручающе медленно.

При этом проблема потери данных при сбоях до конца решена не была, хотя и не стояла так остро. Однако, с учётом и старых вопспоминаний, отношение к XFS местами было настороженным. Хотя эта система уже давно предлагается по умолчанию в инсталляторах некоторых дистрибутивов, причём отнюдь не самых «мультимедийных» или «промышленных», таких как Zenwalk или Salix.

В итоге, однако, работа с мелкими файлами была оптимизирована за счёт заимствования из ext3 отложенного журналирования – хотя реальное воплощение этого ожидается только в светлом будущем ядра Linux версии от 3.3. Что же до потери данных – это решается ещё проще: разработчики предлагают больше внимания уделять состоянию аппаратуры, в частности, и приобретению источников бесперебойного питания, и поменьше слушать страшных баек об исчезнувших в результате сбоя непреходящих ценностей.

Отступление. Интересно, что это перекликается с позицией Google. Как-то в сеть просочилась информация, что на серверах этой компании используется исключительно ext4 – и в режиме без журналирования (without journal). Как я недавно говорил, теоретически это должно обеспечивать максимальную производительность. Что же до неизбежного в таком случае риска нарушения целостности файловой системы при сбоях – в Google предпочитают бороться с этим путём обеспечения качественного электропитания. Впрочем, надо заметить, что своё решение Google как панацею от всех бед отнюдь не пропагандируют. Видимо, опять таки помня, что водка, легко доступная министру, не всегда по карману не только бичу, но даже простому инженеру.

Изменение отношения к XFS совпали с изменением модели её развития. Фирма-создатель, ныне носящая имя SGI, постепенно отстранялась от дальнейшей её разработки – в последние годы она осуществлялась в основном силами программистов, по совместительству являющихся сотрудниками Red Hat. В конце концов SGI отказалась от поддержки XFS вообще, и ныне эта файловая система продвигается Red Hat'ом. В частности, она будет файловой системой по умолчанию в RHEL 7.

Рассказ о традиционных файловых системах уместно закончить упоминанием файловой системы Tux3. Это экспериментальная файловая система, развиваемая Дениэлем Филиппсом (Daniel Phillips) на протяжении уже пятнадцати лет, но так никогда и не анонсировавшаяся в качестве окончательного релиза. Отличительной её особенностью является версионная модель. То есть каждый файл в ней существует в виде нескольких разновременных вариантов, что в случае сбоев выполнять откат до последнего работоспособного.

Впрочем, когда мы эту файловую систему увидим – не ясно. Её разработчик лет пять назад в одном интервью высказался по сему поводу очень оптимистично: это случится раньше, нежели портирование на Linux файловой системы Hammer из DragonFly (о ней будет сказано позднее). Учитывая, что с тех пор никто вроде бы и не начинал работы по продвижению Hammer'а в Linux – времени у Дениэла ещё вдоволь.