קידום Bcachefs ל-Linux Kernel

קנט אוברסטריט, המחבר של מערכת זיכרון המטמון BCache SSD בלוק, שהיא חלק מליבת לינוקס, סיכם את תוצאות העבודה על קידום מערכת הקבצים Bcachefs בנאומו בכנס LSFMM 2023 (Linux Storage, Filesystem, Memory Management & BPF Summit). לתוך ההרכב הראשי של ליבת לינוקס ודיבר על תוכניות לפיתוח נוסף של FS זה. במאי, סט מעודכן של תיקונים עם יישום ה-Bcachefs FS הוצע לבדיקה והכללה בהרכב הראשי של ליבת לינוקס. FS Bcachefs מפתחת כ-10 שנים. המוכנות לבדיקת היישום של Bcachefs לפני הכללת הליבה הוכרזה בסוף 2020, והגרסה הנוכחית של התיקונים לוקחת בחשבון את ההערות והחסרונות שזוהו במהלך הסקירה הקודמת.

מטרת הפיתוח של Bcachefs היא להגיע לרמת XFS בביצועים, אמינות ומדרגיות, תוך מתן תכונות נוספות הגלומות ב-Btrfs ו-ZFS, כגון הכללת התקנים מרובים במחיצה, פריסות אחסון רב-שכבתיות, שכפול (RAID 1/10), שמירה במטמון, דחיסת נתונים שקופים (מצבי LZ4, gzip ו-ZSTD), פרוסות מצב (צילומי מצב), אימות תקינות על ידי סכומי בדיקה, יכולת לאחסן קודי תיקון שגיאות של Reed-Solomon (RAID 5/6), אחסון מוצפן של מידע (ChaCha20 ו-Poly1305 משומשים). מבחינת ביצועים, Bcachefs מקדימה את Btrfs ומערכות קבצים אחרות המבוססות על מנגנון Copy-on-Write, ומדגימה ביצועים קרובים ל-Ext4 ו-XFS.

מבין ההישגים האחרונים בפיתוח Bcachefs, מצוין התייצבות ביישום תצלומי מצב הזמינים לכתיבה. בהשוואה ל-Btrfs, צילומי מצב ב-Bcachefs ניתנים להרחבה הרבה יותר טוב וחופשיים מהבעיות הגלומות ב-Btrfs. בפועל, עבודת התמונות נבדקה בעת ארגון גיבויי MySQL. Bcachefs גם עשתה עבודה רבה כדי לשפר את המדרגיות - מערכת הקבצים עשתה ביצועים טובים בבדיקות באחסון של 100 TB, ו-Bcachefs צפויה להיות מיושמת באחסון 1 PB בעתיד הקרוב. מצב nocow חדש נוסף כדי להשבית את מנגנון "העתק על כתיבה" (nocow). במהלך הקיץ, הם מתכננים להביא את היישום של קודי תיקון שגיאות ו-RAIDZ למצב יציב, כמו גם לפתור בעיות עם צריכת זיכרון גבוהה בעת שחזור ובדיקת מערכות קבצים עם כלי השירות fsck.

מבין התוכניות לעתיד מוזכר הרצון להשתמש בשפת Rust בפיתוח Bcachefs. לדברי המחבר של Bcachefs, הוא אוהב לקודד, לא לנפות באגים בקוד, ועכשיו זה מטורף לכתוב קוד ב-C כשיש אפשרות טובה יותר. Rust כבר מעורבת ב-Bcachefs ביישום של חלק משירותי מרחב המשתמש. יתרה מכך, נבקע הרעיון לשכתב בהדרגה לחלוטין את Bcachefs ב-Rust, שכן השימוש בשפה זו חוסך באופן משמעותי זמן ניפוי באגים.

בכל הנוגע להעברת Bcachefs למיינסטרים של ליבת לינוקס, תהליך האימוץ עלול להתעכב בגלל הגודל הגדול למדי של השינויים (2500 תיקונים וכ-90 אלף שורות קוד), שקשה לסקור. כדי להאיץ את הסקירה, חלק מהמפתחים הציעו לפצל את סדרת התיקונים לחלקים קטנים יותר ומופרדים בצורה הגיונית. במהלך הדיון, חלק מהמשתתפים גם הסבו את תשומת הלב לפיתוח הפרויקט על ידי מפתח אחד ולסכנה שהקוד לא יישמר אם יקרה משהו למפתח שלו (שני עובדי Red Hat מעוניינים בפרויקט, אך עבודתם עדיין מוגבל לתיקוני באגים).

Bcachefs פותחה באמצעות טכנולוגיות שכבר נבדקו בפיתוח מכשיר ה-Bcache block, שנועד לאחסון במטמון לכוננים קשיחים איטיים בכונני SSD מהירים (כלול בקרנל מאז שחרור 3.10). Bcachefs משתמשת במנגנון Copy-on-Write (COW), בו שינויים אינם מובילים להחלפת נתונים – המצב החדש נכתב למיקום חדש, ולאחר מכן מחוון המצב הנוכחי משתנה.

תכונה של Bcachefs היא תמיכה בחיבור רב-שכבתי של כוננים, שבהם האחסון מורכב ממספר שכבות - הכוננים המהירים ביותר (SSD) מחוברים לשכבה התחתונה, המשמשים לאחסון נתונים בשימוש תכוף, והשכבה העליונה נוצרת. דיסקים מרווחים יותר וזולים יותר המאחסנים נתונים פחות נדרשים. ניתן להשתמש במטמון של כתיבה חוזרת בין שכבות. ניתן להוסיף ולנתק כוננים באופן דינמי למחיצה מבלי להפריע לשימוש במערכת הקבצים (הנתונים עוברים אוטומטית).

מקור: OpenNet.ru