Red Hat מפתחת NVFS חדש, יעיל עבור זיכרון NVM

Mikuláš Patočka, אחד המפתחים של LVM ומחברם של מספר המצאותהקשורים לאופטימיזציה של מערכות אחסון, עבודה ב-Red Hat, הגישו מערכת קבצים חדשה ברשימת התפוצה של מפתחי ליבת לינוקס NVFS, שמטרתו ליצור FS קומפקטי ומהיר עבור שבבי זיכרון לא נדיפים (NVM, זיכרון לא נדיף, למשל NVDIMM), המשלב ביצועי RAM עם היכולת לאחסן תוכן לצמיתות.

הניסיון של ה-FS נלקח בחשבון בעת ​​פיתוח NVFS חדש, נוצר במיוחד עבור זיכרון NVM בשנת 2017, אך לא התקבל לליבה של לינוקס ו מוגבלת תמיכה בלינוקס מ-4.13 עד 5.1.
ה-FS NVFS המוצע הוא הרבה יותר פשוט מ-NOVA (4972 שורות קוד לעומת 21459), מספק את כלי השירות fsck, בעל ביצועים גבוהים יותר, תומך בתכונות מורחבות (xattrs), תוויות אבטחה, ACLs ומכסות, אך אינו תומך בצילומי מצב. ארכיטקטורה NVFS קרוב ל
מערכת הקבצים Ext4 משתלבת היטב במודל של מערכות קבצים המבוססות על תת-המערכת VFS, המאפשרת למזער את מספר השכבות ולהסתפק במודול שאינו דורש תיקונים לקרנל.

NVFS משתמש בממשק הליבה DAX לגישה ישירה להתקני זיכרון קבועים, עקיפת מטמון העמודים. כדי לייעל את הפעולה של זיכרון NVM עם כתובת בתים, תוכן הכונן ממופה למרחב הכתובות הליניארי של הליבה ללא שימוש בשכבת התקן חסימה מסורתית ובמטמון ביניים. משמש לאחסון תוכן ספרייה עץ בסיס (עץ רדיקס) שבו כל שם קובץ מועבר ב-hash וערך הגיבוב משמש בעת חיפוש בעץ.

שלמות הנתונים מובטחת באמצעות "עדכונים רכים"(כמו ב-UFS מ-FreeBSD ו-FFS מ-OpenBSD) ללא שימוש ביומן. כדי להימנע מהשחתת קבצים ב-NVFS, פעולות שינוי נתונים מקובצות בצורה כזו שהתרסקות לא יכולה להוביל לאובדן בלוקים או אינודות, ושלמות המבנים משוחזרת באמצעות כלי השירות fsck. תוכנית השירות fsck פועלת במצב ריבוי הליכי הליכה ומספקת ביצועי כוח גס של 1.6 מיליון אינודים לשנייה.

В מבחני ביצועים NVFS ביצעה את פעולת העתקת עץ מקור ליבת לינוקס בזיכרון NVM במהירות של כ-10% מ-NOVA, ב-30% מהר יותר מ-ext4, וב-37% מהר יותר מ-XFS. במבחן אחזור הנתונים, NVFS היה מהיר יותר מ-NOVA ב-3%, ו-ext4 ו-XFS ב-15% (אך עם מטמון דיסק פעיל, NOVA היה איטי יותר ב-15%).
במבחן מיליון פעולות המדריכים, NVFS השיגה ביצועים טובים יותר מ-NOVA ב-40%, ext4 ב-22% ו-XFS ב-46%. בעת הדמיית פעילות DBMS, מערכת הקבצים NVFS עלתה על NOVA ב-20%, ext4 פי 18 ו-XFS פי 5. במבחן fs_mark, הביצועים של NVFS ו-NOVA התבררו בערך באותה רמה, בעוד ext4 ו-XFS פיגרו בערך פי 3.

הפיגור של מערכות קבצים מסורתיות בזיכרון NVM נובע מהעובדה שהן אינן מיועדות לכתובת בתים, המשמשת בזיכרון לא נדיף, שנראה כמו זיכרון RAM רגיל. קריאה מכוננים רגילים מבטיחה אטומיות של הפעולה ברמת הקריאה/כתיבה של המגזר, בעוד שזיכרון NVM מספק גישה ברמה של מילות מכונה בודדות. בנוסף, מערכות קבצים מסורתיות מנסות להפחית את עוצמת הגישה למדיה, הנחשבת לאטית יותר מ-RAM, וגם מנסות לקבץ פעולות כדי להבטיח קריאה רציפה בעת שימוש בכוננים קשיחים, תורי בקשות לעבד, להילחם בפיצול ולהפריד בין סדרי עדיפויות של פעולות שונות. . עבור זיכרון NVM, סיבוכים כאלה אינם נחוצים, מכיוון שמהירות הגישה לנתונים דומה ל-RAM, וסדר הגישה אינו משנה.

מקור: OpenNet.ru