Linux Mint и его Cinnamon. Очерки применителя - Алексей Федорчук

Однако в большинстве случаев данные на носителях блочного типа организуются в виде файлов, а файлы объединяются в файловые системы — плоские, как в древнем DOS’е, древовидные, как во всех UNIX-подобных операционках, или, так сказать, «многодревные», как в Windows. Каковые могут быть созданы непосредственно на носителе как raw-устройстве, но обычно накладываются на дисковые разделы.

Исторически сложилось так, что одному разделу соответствовала одна файловая система. Соответственно, и выходить за границы несущего их устройства файловые системы не могли. И если требовалось работать более чем с одной файловой системой на одном физическом накопителе (а в UNIX-подобных ОС это почти всегда так), то был необходим тщательный расчет дискового пространства для каждой из них: ошибки в расчётах влекли весьма неприятные последствия, вплоть до необходимости переразбиения диска и переустановки ОС вообще.

Правда, дисковые разделы могут не только разделяться, но и объединяться в программные массивы или в группы томов, о которых говорилось в предыдущих очерках.

Файловые системы

Как известно ещё с советских атеистических времен, Господь Бог, создавая человека, хотел сделать его умным, честным и партийным. Но оказалось, что даже он, при всём своём всемогуществе, не смог ему дать больше двух качеств вместе.

Аналогично и с файловыми системами: разработчики хотели бы видеть их быстрыми, надежными и простыми в обращении. Давайте посмотрим, удалось ли им превзойти Господа.

В UNIX-подобных системах требование быстродействия удовлетворяется, во-первых, оптимизированным расположением каталогов, метаданных и данных файлов на физических носителях. Но во-вторых и главных — кэшированием записи.

Думаю, каждого, кто начинал знакомство с Linux’ом во времена безраздельного господства файловой системы ext2fs, поражала быстрота выполнения всех файловых операций, обусловленная их асинхронностью — то есть кэшированием данных и метаданных. Оборотная сторона медали — отказ системы по любой причине влёк за собой тяжкие последствия, вплоть до полного ее разрушения. Но и даже когда до полной катастрофы дело не доходило, отказы (например, по питанию) вызывали за собой долгую и нудную процедуру проверки целостности файловой системы.

Были разработаны различные механизмы решения этой проблемы. Однако основным в Linux стало так называемое журналирование, когда сведения о файловых операциях записываются в специальный файл журнала до того, как эти операции будут фактически выполнены. Это дает возможность после любого сбоя «откатить» файловую систему до последнего непротиворечивого состояния. Оборотной стороной чего, как обычно, является снижение быстродействия — различное для отдельных файловых систем и видов файловых операций.

Правда, с точки зрения простоты использования ни в одну из файловых систем Linux’а бросить камень рука не подымется: создание и монтирование их никаких трудностей не сулит. Так что требование «партийности» выполняется, пожалуй, при всех соотношениях «ума» и «честности». Но эта ситуация сохраняется, пока мы не начинаем комбинировать «ум, честность и партийность» файловых систем с аналогичными качествами систем управления RAID’ами или с LVM. В результате чего получаем:

   • либо быстрое и относительно простое решение на основе RAID Level 0, не блещущее надёжностью;

   • либо надёжное решение без ощутимой потери быстродействия на основе одного из RAID с избыточностью, не являющееся, однако, эталоном простоты;

   • либо, наконец, относительно надёжное и потенциально быстрое решение при использовании технологии LVM — однако и оно не блещёт простотой.

Ибо все эти решения — многоуровневые. И очевидно, что удлинение «цепочки» уровней в любом случае приводит к снижению надежности: чем больше в ней звеньев, тем вероятней отказ всей цепи.

И тут-то и возникает вопрос: а нельзя ли уменьшить количество уровней, сделать систему более «плоской»? И системы размещёния данных, в том числе и ZFS — попытка ответа на него.

Из истории систем размещёния

Не в интересах правды, а истины ради нужно заметить, что ZFS была отнюдь не первой комплексной системой размещёния данных — хотя её исторические предшественницы также именовались просто файловыми системами.

Первой из таких предшественниц была, видимо, файловая система Veritas (или VxFS), разработанная фирмой Veritas Software и представленная миру в 1991 году. Она же претендует на звание первой в истории мироздания журналируемой файловой системы. Хотя, насколько мне известно, JFS — эпоним всех журналируемых ФС — в своей реализации для AIX появилась в 1990 году, так что вопрос приоритета остаётся не вполне ясным.

VxFS была основной файловой системой в HP UX, работает также во всех ныне живущих проприетарных UNIX’ах и теоретически может использоваться в Linux’е. Однако о практических примерах последнего я не слышал: VxFS является системой проприетарной и весьма дорогой.

VxFS тесно интегрирована с менеджером логических томов — VxVM. Благодаря чему в ней возможно изменение (в любую сторону) размера файловой системы «на лету», включение различных режимов использования томов — стриппинг данных, их зеркалирование, а также комбинации того и другого, создание избыточных массивов по типу RAID Level 5, изменение внутренней организации данных без остановки работы. Всё это позволяет VxFS (в сочетании с VxVM) претендовать на звание комплексной системы размещёния данных.

Впрочем, не меньше к тому оснований было и у AdvFS — файловой системы, разработанной к 1993 году фирмой DEC для своего проприетарного варианта UNIX, именовавшегося сначала OSF/1, затем Digital UNIX, и завершившего свою жизнь под именем Tru64 UNIX. Судьба её была печальной. Снискав заслуженное признание на своей родной платформе DEC Alpha под управлением указанной ОС, она после покупки DEC фирмой Compaq оказалась в загоне. А после того, как Compaq, в свою очередь, был поглощён фирмой Hewlett Packard, использовавшей для своего UNIX’а на платформах HP PA и Itanium только что упомянутую VxFS, AdvFS оказалась совсем не при делах.

В результате HP сделала щедрый дар сообществу свободного софта вообще и Linux-сообществу в особенности: в середине 2008 года исходники файловой системы AdvFS были открыты под лицензией GPv2 — ради максимальной совместимости с ядром Linux. С предложением использовать их в качестве богатой технологической базы для этой ОС. Правда, оговорка, что сама HP не заинтересована в дальнейшем развитии AdvFS заставляла вспомнить народную присказку: «Возьми, боже, что мне не гоже».

Да и предложение несколько запоздало: как мы скоро увидим, к тому времени интенсивно развивались и ZFS, и btrfs.

Однако, помимо исходников, HP предоставила также доступ ко всей документации — благодаря чему об AdvFS при желании можно узнать больше, чем о любой другой проприетарной файловой системе для UNIX-подобных операционок. Это избавляет меня от необходимости описания особенностей AdvFS. Замечу только, что среди них мы увидим все черты развитой комплексной системы размещёния данных. Те самые, с которыми ознакомимся, когда дело дойдёт наконец до рассмотрения устройства ZFS. Но для начала перейдём к обзору уже её истории.

Начало истории ZFS

Разработчики ZFS поставили себе честолюбивую цель: создать систему хранения данных, которая отвечала бы всем трем критериям идеала. Разработка её проводилась в компании Sun Microsystems, командой под руководством Джеффа Бонвика и Мэттью Аренса (Matthew Ahrens). Первоначально название ZFS рассматривалось как аббревиатура от Zettabyte File System, но быстро стало просто условным именованием. Его можно интерпретировать как последнюю точку в развитии файловых систем вообще. И в последующем мы увидим: это недалеко от истины.

Результаты работы над ZFS были представлены миру в августе 2004 года. А в 2006 году она была включена в штатный состав OS Solaris 10 (релиз 6/06). То есть, подобно своим предшественницам, она также была проприетарным продуктом. И пользователям свободных UNIX-подобных систем поначалу от ее существования было ни холодно, ни жарко. Однако период камерного существования ZFS продолжался недолго — уже в ноябре 2005 года, то есть до включения в Solaris, ее поддержка была интегрирована в открытый её вариант, OpenSolaris. Ибо она основывалась на том же ядре SunOS 5, что и коммерческий прототип.

Исходники ZFS распространяются, как и собственно OpenSolaris, под лицензией CDDL (Common Development and Distribution License). Эта лицензия, базирующаяся на Mozilla Public License (MPL), не влияет на общую лицензию проекта, в состав который включены CDDL-компоненты. И потому оказывается совместимой с большинством свободных лицензий. За исключением... какой? Правильно, GPL во всех её проявлениях.

Разумеется, ZFS была задействована в клонах openSolaris, таких, как BeleniX, SchilliX и, в первую голову, в Nexenta OS. Правда, последняя развивалась в направлении коммерческой системы хранения данных, а о числе пользователей остальных можно было только гадать.