Red Hat arendab uut NVFS failisüsteemi, mis on efektiivne NVM-mälu jaoks

Mikuláš Patočka, üks LVM arendajatest ja mitme leiutise autor, mis on seotud salvestussüsteemide töö optimeerimisega, töötab ettevõttes Red Hat, esitles Linuxi tuumade arendajate postiloendis on uus failisüsteem NVFS, mille eesmärk on luua kompaktne ja kiire failisüsteem energiavaba mälu (NVM, non-volatile memory, näiteks NVDIMM) kiipide jaoks, mis ühendavad RAM-i jõudluse püsiva sisu salvestamise võimalusega.

NVFS-i arendamisel on arvesse võetud failisüsteemi NOVA, mis loodi 2017. aastal spetsiaalselt NVM-mälu jaoks, kuid ei saanud Linuxi tuuma koosseisu ja oma toe Linuxi tuumadele versioonides 4.13 kuni 5.1.
Pakutav failisüsteem NVFS on märksa lihtsam kui NOVA (4972 koodi rida vs 21459), pakub fsck tööriista, omab kõrgemat jõudlust, toetab laiendatud atribuutide (xattrs), turvakihti, ACL-e ja kvoote, kuid ei toeta hetkepilte. Arhitektuur NVFS on lähedane
Ext4 failisüsteemile ja sobib hästi VFS aluseks olevate failisüsteemide mudelisse, mis vähendab kihte ja võimaldab kasutada moodulit, mis ei nõua tuuma patšimise.

NVFS kasutab tuuma liideseid DAX otsejuurdepääsuks püsivale mälule, mööda lehekülje vahemälu. NVM-i mälu kasutamisel, kus rakendatakse baitide aadressimist, kaardistatakse seadme sisu tuuma lineaarse aadressiruumi, ilma traditsioonilise blokeerimisseadme taseme ja vahevahemälu kasutamiseta. Kaustade sisu salvestamiseks kasutatakse radix puu , kus iga faili nimi on räsitud ja räsimise väärtust kasutatakse puus otsimiseks.

Andmete terviklikkust tagab "pehmed uuendused" (nagu FreeBSD UFS-is ja OpenBSD FFS-is) ilma ajakava kasutamiseta. Failide kahjustamise vältimiseks grupeeritakse NVFS-is andmete muutmise protsessid nii, et krahh ei saa põhjustada plokkide või inode-de kadumist ning struktuuride terviklikkust taastatakse fsck tööriista abil. Fsck tööriist töötab mitme lõime režiimis ja saavutab jõudluse 1,6 miljonit inode sekundis.

Uues jõudlustestide käigus NVFS viis läbi juhtmete kopeerimist Linuxi tuuma algtekstidest NVM-mälus ligikaudu 10% kiiremini kui NOVA, 30% kiiremini kui ext4 ja 37% kiiremini kui XFS. Andmete otsingu testis osutus failisüsteem NVFS NOVA-st 3% kiiremaks, samas kui ext4 ja XFS olid 15% aeglasemad (ent aktiivse ketta vahemälu korral oli NOVA 15% aeglasem).
Miljoni katalooge puudutava toimingu testis ületas NVFS NOVA-d 40%, ext4 22% ja XFS 46%. Andmebaasi tegevuse simuleerimise korral ületas failisüsteem NVFS NOVA-d 20%, ext4 18 korda ja XFS 5 korda. Testis fs_mark olid NVFS ja NOVA näitajad umbkaudselt samal tasemel, samas kui ext4 ja XFS jäid umbes 3 korda maha.

Traditsiooniliste failisüsteemide mahajäämus NVM-mälus on tingitud sellest, et need ei ole kohandatud bait-rahade addressimiseks, mis on seotud energia sõltumatute mälude kasutamisega, mis näevad välja nagu tavaline RAM. Tavaliste salvestusseadmetest lugemine tagab aatomilisuse operatsioonil sektoori lugemise/kirjutamise tasemel, samas kui NVM-mälu tagab juurdepääsu individuaalsete masinakirjelduste tasemel. Lisaks püüavad traditsioonilised failisüsteemid vähendada salvestusseadmest tulevat koormust, kuna neid peetakse juba aeglasemaks kui RAM, ja nad püüavad rühmitada operatsioone, et tagada järjestikune lugemine, kui kasutatakse kõvakettaid, töötada päringute järjekordadega, võidelda killustatusega ning jagada erinevate operatsioonide täitmise prioriteete. NVM-mälu puhul on sellised keerukused liigsed, kuna andmete juurdepääsu kiirus on võrdne RAM-iga ja juurdepääsu järjekord ei oma tähtsust.

Allikas: opennet.ru