ميكولاش باتوكا ، أحد مطوري LVM ومخترع العديد من اختراعات تحسين التخزين في Red Hat ، أدخلت نظام ملفات NVFS الجديد إلى قائمة Linux kernel البريدية.
هذا النظام الجديد يهدف إلى إنشاء نظام ملفات سريع ومضغوط لشرائح الذاكرة غير المتطايرة (NVM ، على سبيل المثال NVDIMM) ، والتي تجمع بين أداء ذاكرة الوصول العشوائي والقدرة على تخزين المحتوى بشكل دائم.
عند تطوير NVFS تم أخذ تجربة FS NOVA في الاعتبار، في عام 2017 تم تصميمه خصيصًا لذاكرة NVM ، ولكن لم يتم تضمينه في Linux kernel وبدعم محدود لنواة Linux من 4.13 إلى 5.1.
المقترح NVFS FS إنه أبسط بكثير من NOVA (4972 سطرًا من الكود مقابل 21459) ، يوفر أداة fsck ، لديه أداء أفضل، يدعم السمات الموسعة (xattrs) ، وعلامات الأمان ، وقوائم التحكم في الوصول (ACL) ، والحصص النسبية ، ولكنه لا يدعم اللقطات.
بنية NVFS قريبة من FS Ext4 وهو يتناسب بشكل جيد مع نموذج أنظمة الملفات على أساس النظام الفرعي VFS ، مما يجعل من الممكن تقليل عدد الطبقات المتوسطة والحصول على وحدة لا تتطلب تصحيحات النواة.
NVFS يستخدم واجهة DAX kernel للوصول مباشرة إلى الأجهزة التخزين المستمر ، وتجاوز ذاكرة التخزين المؤقت للصفحة. لتحسين العمل باستخدام ذاكرة NVM ، التي تستخدم عنونة البايت ، يتم تعيين محتويات محرك الأقراص إلى مساحة العنوان الخطي لـ kernel دون استخدام طبقة جهاز الكتلة التقليدية وذاكرة التخزين المؤقت الوسيطة. يتم استخدامه لتخزين محتويات أدلة شجرة الجذر (شجرة الجذر) ، حيث يتم استخدام كل اسم ملف proheshirovano وقيمة التجزئة للبحث في الشجرة.
يتم ضمان سلامة البيانات من خلال آلية "التحديث" (كما هو الحال في FreeBSD's UFS و OpenBSD's FFS) دون استخدام المجلة.
لتجنب تلف الملف في NVFS ، ليتم تجميع عمليات تغيير البيانات بحيث لا يمكن أن يؤدي الانهيار إلى فقدان الكتل أو inodes ، ويتم استعادة سلامة الهياكل بواسطة الأداة المساعدة fsck.
الأداة المساعدة fsck متعددة الخيوط وتوفر أداء قوة غاشمة يبلغ 1,6 مليون inodes في الثانية.
- في المعايير ، نفذ NVFS عملية نسخ شجرة مع مصادر Linux kernel في ذاكرة NVM حوالي 10٪ أسرع من NOVA ، 30٪ أسرع من ext4 ، و 37٪ أسرع من XFS.
- في اختبار البحث عن البيانات ، كان NVFS أسرع من NOVA بنسبة 3٪ ، و ext4 و XFS بنسبة 15٪ (ولكن مع وجود ذاكرة تخزين مؤقت نشطة على القرص ، تبين أن NOVA أبطأ بنسبة 15٪).
- في اختبار Million Directory Operations ، تفوقت NVFS على NOVA بنسبة 40٪ ، و ext4 بنسبة 22٪ ، و XFS بنسبة 46٪. عند محاكاة نشاط DBMS ، تفوق نظام ملفات NVFS على NOVA بنسبة 20٪ ، و ext4 بمقدار 18 مرة ، و XFS بمقدار 5 مرات. في اختبار fs_mark ، كان NVFS و NOVA متساويين تقريبًا ، بينما كان ext4 و XFS متأخرًا بنحو 3 مرات.
يرجع تأخر FS التقليدي في ذاكرة NVM إلى حقيقة أنها غير مصممة لعنونة البايت المستخدمة في الذاكرة غير المتطايرة ، والتي تشبه ذاكرة الوصول العشوائي العادية.
توفر القراءة من محركات الأقراص العادية ذرية التشغيل على مستوى قراءة / كتابة القطاع ، بينما توفر ذاكرة NVM الوصول على مستوى كلمات الجهاز الفردية.
بالإضافة إلى ذلك ، تحاول أنظمة الملفات التقليدية تقليل كثافة الوصول إلى الوسائط ، والتي من الواضح أنها تعتبر أبطأ من ذاكرة الوصول العشوائي ، وتحاول أيضًا تجميع العمليات لضمان عمليات القراءة المتسلسلة عند استخدام محركات الأقراص الثابتة ، وقوائم طلبات العمليات ، وتجزئة القتال ، والأولويات المنفصلة لأداء مختلف عمليات.
بالنسبة لذاكرة NVM ، فإن مثل هذه التعقيدات غير ضرورية ، نظرًا لأن سرعة الوصول إلى البيانات قابلة للمقارنة مع ذاكرة الوصول العشوائي.
مصدر: https://lkml.org/lkml/2020/9/15/517