Kent Overstreet, der Autor des im Linux-Kernel integrierten Caches f\u00fcr Blockger\u00e4te auf SSDs namens BCache, fasste in seiner Pr\u00e4sentation auf der LSFMM 2023 (Linux Storage, Filesystem, Memory Management & BPF Summit) die Ergebnisse der Arbeiten zur Integration des Dateisystems Bcachefs in den Hauptkern von Linux zusammen und sprach \u00fcber die Pl\u00e4ne zur Weiterentwicklung dieses FS. Im Mai wurde ein aktualisierter Patch-Satz zur \u00dcberpr\u00fcfung und zur Aufnahme in den Hauptkern von Linux vorgeschlagen, der die Implementierung von Bcachefs umfasst. Das Dateisystem Bcachefs wird seit etwa 10 Jahren entwickelt. Die Bereitschaft zur \u00dcberpr\u00fcfung der Implementierung von Bcachefs vor der Integration in den Kern wurde bereits Ende 2020 angek\u00fcndigt, und in der aktuellen Variante der Patches wurden die bei der vorherigen \u00dcberpr\u00fcfung festgestellten Anmerkungen und M\u00e4ngel ber\u00fccksichtigt. <\/p>\n
Das Ziel der Entwicklung von Bcachefs ist es, das Leistungsniveau von XFS in Bezug auf Leistung, Zuverl\u00e4ssigkeit und Skalierbarkeit zu erreichen, w\u00e4hrend zus\u00e4tzliche Funktionen bereitgestellt werden, die f\u00fcr Btrfs und ZFS charakteristisch sind, wie z. B. die Einbeziehung mehrerer Ger\u00e4te in einen Bereich, mehrschichtige Speicherlayouts, Replikation (RAID 1\/10), Caching, transparente Datenkompression (LZ4-, gzip- und ZSTD-Modi), Zustandsschnappsch\u00fcsse (Snapshots), Integrit\u00e4tspr\u00fcfungen mit Pr\u00fcfziffern, die M\u00f6glichkeit, Reed-Solomon-Fehlerkorrekturcodes (RAID 5\/6) zu speichern, und die Speicherung von Informationen in verschl\u00fcsselter Form (es werden ChaCha20 und Poly1305 verwendet). In Bezug auf die Leistung \u00fcbertrifft Bcachefs Btrfs und andere Dateisysteme, die auf dem Copy-on-Write-Mechanismus basieren, und zeigt eine Arbeitsgeschwindigkeit, die nah an Ext4 und XFS liegt. <\/p>\n
Zu den neuesten Errungenschaften in der Entwicklung von Bcachefs z\u00e4hlt die Stabilisierung der Implementierung von schreibbaren Snapshots. Im Vergleich zu Btrfs skalieren Snapshots in Bcachefs jetzt erheblich besser und sind frei von den Problemen, die bei Btrfs auftreten. In der Praxis wurde die Funktionalit\u00e4t von Snapshots bei der Durchf\u00fchrung von MySQL-Backups getestet. In Bcachefs wurde zudem umfangreiche Arbeit zur Verbesserung der Skalierbarkeit geleistet - das Dateisystem hat sich bei Tests in Speichern mit einer Gr\u00f6\u00dfe von 100 TB gut bew\u00e4hrt, und es wird in naher Zukunft die Einf\u00fchrung von Bcachefs in einem 1 PB gro\u00dfen Speicher erwartet. Ein neuer nocow-Modus wurde hinzugef\u00fcgt, um den Mechanismus \u201eCopy-on-Write\u201c (nocow) zu deaktivieren. Im Laufe des Sommers plant man, die Implementierung von Fehlerkorrekturcodes und RAIDZ auf einen stabilen Stand zu bringen sowie Probleme mit hohem Speicherverbrauch bei der Wiederherstellung und \u00dcberpr\u00fcfung des FS mit dem Tool fsck zu l\u00f6sen. <\/p>\n
F\u00fcr die Zukunft wird der Wunsch ge\u00e4u\u00dfert, bei der Entwicklung von Bcachefs die Programmiersprache Rust zu verwenden. Der Autor von Bcachefs ist der Meinung, dass er lieber programmiert als den Code zu debuggen, und es jetzt etwas Verr\u00fccktes ist, Code in C zu schreiben, wenn eine bessere Option verf\u00fcgbar ist. Rust wird bereits in Bcachefs f\u00fcr die Implementierung einiger im Benutzerspeicher ausgef\u00fchrter Dienstprogramme verwendet. Dar\u00fcber hinaus wird die Idee verfolgt, Bcachefs schrittweise vollst\u00e4ndig in Rust neu zu schreiben, da die Verwendung dieser Sprache die Debugging-Zeit erheblich verk\u00fcrzt. <\/p>\n
Was die Integration von Bcachefs in den Hauptkern von Linux betrifft, k\u00f6nnte sich der Annahmeprozess aufgrund der ausreichend gro\u00dfen \u00c4nderungsgr\u00f6\u00dfe (2500 Patches und etwa 90.000 Codezeilen), die schwer zu \u00fcberpr\u00fcfen ist, hinziehen. Um die \u00dcberpr\u00fcfung zu beschleunigen, haben einige Entwickler vorgeschlagen, die Patch-Serie in kleinere und logisch getrennte Teile zu unterteilen. W\u00e4hrend der Diskussion haben einige Teilnehmer zudem auf die Entwicklung des Projekts durch einen einzelnen Entwickler hingewiesen und die Gefahr betont, dass der Code ohne Pflege bleiben k\u00f6nnte, falls dem Entwickler etwas zust\u00f6\u00dft (zwei Mitarbeiter von Red Hat zeigen Interesse an dem Projekt, aber ihre Arbeit beschr\u00e4nkt sich bisher auf die Behebung von Fehlern). <\/p>\n
Bcachefs entwickelt sich unter Verwendung von Technologien, die bereits bei der Entwicklung des Blockger\u00e4ts Bcache erprobt wurden, das zum Caching von Zugriffen auf langsame Festplatten auf schnellen SSD-Speichern dient (Teil des Kernels seit Version 3.10). In Bcachefs wird der Mechanismus Copy-on-Write (COW) verwendet, wobei \u00c4nderungen nicht zu einer \u00dcberschreibung von Daten f\u00fchren - der neue Zustand wird an einem neuen Ort geschrieben, woraufhin der Zeiger auf den aktuellen Zustand ge\u00e4ndert wird. <\/p>\n
Ein besonderes Merkmal von Bcachefs ist die Unterst\u00fctzung mehrschichtiger Speicherkonfigurationen, bei denen der Speicher aus mehreren Schichten zusammengesetzt wird \u2014 die untere Schicht besteht aus den schnellsten Speichermedien (SSDs), die f\u00fcr das Caching h\u00e4ufig verwendeter Daten genutzt werden, w\u00e4hrend die obere Schicht aus gr\u00f6\u00dferen und g\u00fcnstigeren Festplatten besteht, die f\u00fcr die Speicherung weniger gefragter Daten verantwortlich ist. Zwischen den Schichten kann ein Caching im Writeback-Modus angewendet werden. Speichermedien k\u00f6nnen dynamisch hinzugef\u00fcgt und vom Volume getrennt werden, ohne dass die Datei-systemnutzung unterbrochen wird (Daten migrieren automatisch). \u041a\u0435\u043d\u0442 \u041e\u0432\u0435\u0440\u0441\u0442\u0440\u0438\u0442 (Kent Overstreet), \u0430\u0432\u0442\u043e\u0440 \u0432\u0445\u043e\u0434\u044f\u0449\u0435\u0439 \u0432 \u0441\u043e\u0441\u0442\u0430\u0432 \u044f\u0434\u0440\u0430 Linux \u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c\u044b \u043a\u044d\u0448\u0438\u0440\u043e\u0432\u0430\u043d\u0438\u044f \u0431\u043b\u043e\u0447\u043d\u044b\u0445 \u0443\u0441\u0442\u0440\u043e\u0439\u0441\u0442\u0432 \u043d\u0430 SSD-\u043d\u0430\u043a\u043e\u043f\u0438\u0442\u0435\u043b\u044f\u0445 BCache, \u0432 \u0441\u0432\u043e\u0451\u043c \u0432\u044b\u0441\u0442\u0443\u043f\u043b\u0435\u043d\u0438\u0438 \u043d\u0430 \u043a\u043e\u043d\u0444\u0435\u0440\u0435\u043d\u0446\u0438\u0438 LSFMM 2023 (Linux Storage, Filesystem, Memory Management & BPF Summit) 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