Red Hat развива нов датотечен систем NVFS кој е ефикасен за NVM меморија

Микулаш Паточка, еден од развивачите на LVM и автор на голем број на пронајдоциповрзани со оптимизација на системи за складирање, кои работат во Red Hat, воведено нов датотечен систем на мејлинг листата за развивачи на кернелот Линукс NVFS, насочена кон создавање компактен и брз FS за неиспарливи мемориски чипови (NVM, неиспарлива меморија, на пример NVDIMM), комбинирајќи ги перформансите на RAM меморијата со способноста за трајно складирање на содржината.

Искуството на FS беше земено предвид при развивањето на NVFS НОВА, создадена специјално за NVM меморија во 2017 година, но не е прифатена во кернелот на Linux и ограничен поддршка за Linux кернели од 4.13 до 5.1.
Предложениот FS NVFS е многу поедноставен од NOVA (4972 линии код наспроти 21459), ја обезбедува алатката fsck, има повисоки перформанси, поддржува проширени атрибути (xattrs), безбедносни етикети, ACL и квоти, но не поддржува снимки. Архитектура NVFS е блиску до
Датотечниот систем Ext4 добро се вклопува во моделот на датотечни системи базирани на потсистемот VFS, кој ви овозможува да го минимизирате бројот на слоеви и да се задоволите со модул кој не бара закрпи во кернелот.

NVFS користи интерфејс на јадрото DAX за директен пристап до постојани мемориски уреди, заобиколувајќи го кешот на страницата. За да се оптимизира работата на бајт-адресираната NVM меморија, содржината на уредот се пресликува на линеарниот адресен простор на јадрото без употреба на традиционален блок слој на уред и средно кеш. Се користи за складирање на содржината на директориумот дрво на основата (радикс дрво) во кое секое име на датотека е хаширано и вредноста на хашот се користи при пребарување на дрвото.

Интегритетот на податоците е обезбеден со користење на „меки ажурирања„(како во UFS од FreeBSD и FFS од OpenBSD) без користење на дневник. За да се избегне оштетување на датотеките во NVFS, операциите за промена на податоците се групирани на таков начин што падот не може да доведе до губење на блокови или иноди, а интегритетот на структурите се враќа со помош на алатката fsck. Услужната алатка fsck работи во режим со повеќе нишки и обезбедува изведба на брутална сила од 1.6 милиони иноди во секунда.

В тестови за изведба NVFS ја изврши операцијата за копирање на дрво со извор на јадро на Linux на меморијата NVM околу 10% побрзо од NOVA, 30% побрзо од ext4 и 37% побрзо од XFS. Во тестот за преземање податоци, NVFS беше побрз од NOVA за 3%, а ext4 и XFS за 15% (но со активен кеш на дискот, NOVA беше 15% побавен).
Во тестот за операции со милион директориуми, NVFS ја надмина NOVA за 40%, ext4 за 22%, а XFS за 46%. При симулирање на активноста на DBMS, датотечниот систем NVFS го надмина NOVA за 20%, ext4 за 18 пати и XFS за 5 пати. Во тестот fs_mark, перформансите на NVFS и NOVA се покажаа приближно на исто ниво, додека ext4 и XFS заостанаа околу 3 пати.

Доцнењето на традиционалните датотечни системи на NVM меморијата се должи на фактот што тие не се дизајнирани за адресирање на бајти, што се користи во неиспарлива меморија, која изгледа како обична RAM меморија. Читањето од конвенционалните дискови обезбедува атомичност на работата на секторско ниво за читање/запишување, додека NVM меморијата обезбедува пристап на ниво на поединечни машински зборови. Покрај тоа, традиционалните датотечни системи се обидуваат да го намалат интензитетот на пристап до медиумите, кој се смета за очигледно побавен од RAM меморијата, а исто така се обидуваат да ги групираат операциите за да обезбедат последователно читање при користење на хард дискови, процесирање редици за барања, борба против фрагментација и раздвојување на приоритети на различни операции. За NVM меморијата, ваквите компликации се непотребни, бидејќи брзината на пристап до податоци е споредлива со RAM меморијата, а редоследот на пристапот не е важен.

Извор: opennet.ru