XfS文件系統(tǒng),XfS文件系統(tǒng)是什么意思

XfS文件系統(tǒng),XfS文件系統(tǒng)是什么意思

XfS文件系統(tǒng)是SGI開發(fā)的高級日志文件系統(tǒng)，XFS極具伸縮性，非常健壯。所幸的是SGI將其移植到了Linux系統(tǒng)中。在linux環(huán)境下。目前版本可用的最新XFS文件系統(tǒng)的為1.2版本，可以很好地工作在2.4核心下。
　　一、XFS文件系統(tǒng)簡介
　　主要特性包括以下幾點(diǎn)：
　　數(shù)據(jù)完全性
　　采用XFS文件系統(tǒng)，當(dāng)意想不到的宕機(jī)發(fā)生后，首先，由于文件系統(tǒng)開啟了日志功能，所以你磁盤上的文件不再會意外宕機(jī)而遭到破壞了。不論目前文件系統(tǒng)上存儲的文件與數(shù)據(jù)有多少，文件系統(tǒng)都可以根據(jù)所記錄的日志在很短的時間內(nèi)迅速恢復(fù)磁盤文件內(nèi)容。
　　傳輸特性
　　XFS文件系統(tǒng)采用優(yōu)化算法，日志記錄對整體文件操作影響非常小。XFS查詢與分配存儲空間非?？?。xfs文件系統(tǒng)能連續(xù)提供快速的反應(yīng)時間。筆者曾經(jīng)對XFS、JFS、Ext3、ReiserFS文件系統(tǒng)進(jìn)行過測試，XFS文件募?低車男閱鼙硐窒嗟背鮒凇?
　　可擴(kuò)展性
　　XFS 是一個全64-bit的文件系統(tǒng)，它可以支持上百萬T字節(jié)的存儲空間。對特大文件及小尺寸文件的支持都表現(xiàn)出眾，支持特大數(shù)量的目錄。最大可支持的文件大小為263 = 9 x 1018 = 9 exabytes，最大文件系統(tǒng)尺寸為18 exabytes。
　　XFS使用高的表結(jié)構(gòu)(B+樹)，保證了文件系統(tǒng)可以快速搜索與快速空間分配。XFS能夠持續(xù)提供高速操作，文件系統(tǒng)的性能不受目錄中目錄及文件數(shù)量的限制。
　　傳輸帶寬
　　XFS 能以接近裸設(shè)備I/O的性能存儲數(shù)據(jù)。在單個文件系統(tǒng)的測試中，其吞吐量最高可達(dá)7GB每秒，對單個文件的讀寫操作，其吞吐量可達(dá)4GB每秒。
二、XFS文件系統(tǒng)的使用

　　1．下載與編譯內(nèi)核
　　下載相應(yīng)版本的內(nèi)核補(bǔ)丁，解壓補(bǔ)丁軟件包，對系統(tǒng)核心打補(bǔ)丁
　　下載地址：
　　對核心打補(bǔ)丁，下載解壓后，得到一個文件：xfs-1.1-2.4.18-all.patch文件。
對核心進(jìn)行修補(bǔ)如下：
　　# cd /usr/src/linux
　　# patch -p1 < /path/to/xfs-1.1-2.4.18-all.patch
　　修補(bǔ)工作完成后，下一步要進(jìn)行的工作是編譯核心，將XFS編譯進(jìn)Linux核心可中。
首先運(yùn)行以下命令，選擇核心支持XFS文件系統(tǒng)：
　　#make menuconfig
　　在“文件系統(tǒng)“菜單中選擇：
　　<*> SGI XFS filesystem support ##說明：將XFS文件系統(tǒng)的支持編譯進(jìn)核心
　　或
　　 SGI XFS filesystem support ##說明：以動態(tài)加載模塊的方式支持XFS文件系統(tǒng)
　　另外還有兩個選擇：
　　Enable XFS DMAPI　##說明：對磁盤管理的API，存儲管理應(yīng)用程序使用
　　Enable XFS Quota　##說明：支持配合Quota對用戶使用磁盤空間大小管理
　　完成以上工作后，退出并保存核心選擇配置.
　　之后，然后編譯內(nèi)核，安裝核心:
　　#make bzImage
　　#make module
　　#make module_install
　　#make install
　　如果你對以上復(fù)雜繁瑣的工作沒有耐心或沒有把握，那么可以直接從SGI的站點(diǎn)上下載已經(jīng)打好補(bǔ)丁的核心，其版本為2.4.18。它是一個rpm軟件包，你只要簡單地安裝即可。SGI提交的核心有兩種，分別供smp及單處理器的機(jī)器使用。
　　2．創(chuàng)建XFS文件系統(tǒng)
　　完成對核心的編譯后，還應(yīng)下載與之配套的XFSprogs工具軟件包，也即mkfs.xfs工具。不然我們無法完成對分區(qū)的格式化:即無法將一個分區(qū)格式化成XFS文件系統(tǒng)的格式。要下載的軟件包名稱：xfsprogs-2.0.3。
將所下載的XFSProgs工具解壓，安裝，mkfs.xfs自動安裝在/sbin目錄下。

　　#tar –xvf xfsprogs-2.0.3.src.tar.gz
　　#cd xfsprogs-2.0.3src
　　#./configure
　　#make
　　#make install
　　使用mkfs.xfs格式化磁盤為xfs文件系統(tǒng)，方法如下：
　　# /sbin/mkfs.xfs /dev/sda6 ＃說明：將分區(qū)格式化為xfs文件系統(tǒng),以下為顯示內(nèi)容：
　　meta-data=/dev/sda6 isize=256 agcount=8, agsize=128017 blks
　　data = bsize=4096 blocks=1024135, imaxpct=25
　　= sunit=0 swidth=0 blks, unwritten=0
　　naming =version 2 bsize=4096
　　log =internal log bsize=4096 blocks=1200
　　realtime =none extsz=65536 blocks=0, rtextents=0
　　格式化磁盤時，如果mkfs.xfs提示你分區(qū)原本已被格式化為其它文件系統(tǒng)，可以使用參數(shù) –f 強(qiáng)行格式化：
　　#/sbin/mkfs.xfs –f /dev/sda6
　　3．加載XFS文件系統(tǒng)
　　#mount –t xfs /dev/sda6 /xfs ##其中/xfs是主分區(qū)/下的一個目錄。
　　最后，為了讓系統(tǒng)啟動后就自動加載，應(yīng)該更改/etc/fstab，這樣系統(tǒng)啟動后就會自動加載xfs分區(qū)而不必每次都手工加載。
　　要說明的一點(diǎn)是目前的xfs由于受linux內(nèi)存頁限制，在x86版本中，只能實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的塊尺寸為4K。另外，XFS文件系統(tǒng)可以不同的方式mount，即允許文件系統(tǒng)以讀方式加載，也允許以讀寫方式加載。這是因?yàn)閤fs文件系統(tǒng)用作根文件系統(tǒng)時，為了安全要以只讀方式加載。
　　三、文件系統(tǒng)的遷移
　　要使得系統(tǒng)中的其它分區(qū)使用XFS文件系統(tǒng)，還有一步是遷移文件系統(tǒng)。建議在遷移文件系統(tǒng)時，首先將磁盤上的數(shù)據(jù)、文件先備份，以免發(fā)生不可挽回的損失，在進(jìn)行文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換之間，最好能將整個系統(tǒng)進(jìn)行完全備份。這一步有很多種方法，本文僅就筆者的遷移方法加以描述。各位可以按照自己習(xí)慣的方式去完成
　　如果你想得到一個純的xfs系統(tǒng)(系統(tǒng)的所有文件系統(tǒng)均采用XFS文件系統(tǒng))話，還得將根文件系統(tǒng)也格式化為xfs文件系統(tǒng)。這實(shí)際上是比較繁雜的一步。因?yàn)楦募到y(tǒng)不能被umount，所以，必須首先創(chuàng)建一個分區(qū)，其文件系統(tǒng)為ext2文件系統(tǒng)，然后將目前的根分區(qū)上的所有文件與目錄，原原本本地復(fù)制到這一個分區(qū)，然后更改/etc/fstab文件，替換原來的根分區(qū)。
　　方法如下：
　　$ mkfs -t ext2 /dev/hda4
　　$ mkdir /mnt/temp
　　$ mount -t ext2 /dev/hda4 /mnt/temp
　　$ cd /
　　$ tar lcvf - .|(cd /mnt/temp; tar xpvf - )　
以上操作是將根分區(qū)上的所有文件打包，復(fù)制到新建立的分區(qū)。當(dāng)然，你也可以直接使用以下命令復(fù)制文件。

　　# cp –dpR / /mnt/temp
　　接著，將下次啟動的根分區(qū)更改到/dev/hda4分區(qū)，更改/etc/fstab文件及/etc/lilo.conf ，然后，運(yùn)行 lilo.
　　重新啟動后，新的根分區(qū)就已經(jīng)為/dev/hda4。
　　接下來，創(chuàng)建一個xfs文件系統(tǒng)的分區(qū)：
　　$ mkfs -t xfs /dev/hda2
　　加載此分區(qū)，采用兩樣的方法，將根分區(qū)的內(nèi)容復(fù)制到此分區(qū)
　　$ mount -t xfs /dev/hda2 /mnt/temp
　　在根分區(qū)下，運(yùn)行
　　$ cd /
　　$ tar lcvf - .|(cd /mnt/temp; tar xpvf - )
　　再次更改/etc/fstab、/etc/lilo.conf，用新建的xfs分區(qū)替換原來的ext2主分區(qū)。如下所示：
　　/dev/hda2 / xfs defaults 1 1
　　將新建的xfs分區(qū)用作根分區(qū)，保存以上設(shè)置。再次檢查配置文件內(nèi)容，確認(rèn)無誤后再重新啟動系統(tǒng)。如果你的設(shè)置全部正確，那么系統(tǒng)成功啟動后，你就擁有一個純XFS文件系統(tǒng)的系統(tǒng)了

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XFS 最初是由 Silicon Graphics，Inc. 于 90 年代初開發(fā)的。那時，SGI 發(fā)現(xiàn)他們的現(xiàn)有文件系統(tǒng)（existing filesystem，EFS）正在迅速變得不適應(yīng)當(dāng)時激烈的計算競爭。為解決這個問題，SGI 決定設(shè)計一種全新的高性能 64 位文件系統(tǒng)，而不是試圖調(diào)整 EFS在先天設(shè)計上的某些缺陷。因此，XFS 誕生了，并于 1994 年隨 IRIX 5.3 的發(fā)布而應(yīng)用于計算。它至今仍作為 SGI 基于 IRIX 的產(chǎn)品（從工作站到超級計算機(jī)）的底層文件系統(tǒng)來使用?，F(xiàn)在，XFS 也可以用于 Linux。XFS 的 Linux 版的到來是激動人心的，首先因?yàn)樗鼮?Linux 社區(qū)提供了一種健壯的、優(yōu)秀的以及功能豐富的文件系統(tǒng)，并且這種文件系統(tǒng)所具有的可伸縮性能夠滿足最苛刻的存儲需求。
　　主要特性包括：
　　數(shù)據(jù)完全性
　　采用XFS文件系統(tǒng)，當(dāng)意想不到的宕機(jī)發(fā)生后，首先，由于文件系統(tǒng)開啟了日志功能，所以你磁盤上的文件不再會意外宕機(jī)而遭到破壞了。不論目前文件系統(tǒng)上存儲的文件與數(shù)據(jù)有多少，文件系統(tǒng)都可以根據(jù)所記錄的日志在很短的時間內(nèi)迅速恢復(fù)磁盤文件內(nèi)容。
　　傳輸特性
　　XFS文件系統(tǒng)采用優(yōu)化算法，日志記錄對整體文件操作影響非常小。XFS查詢與分配存儲空間非?？?。xfs文件系統(tǒng)能連續(xù)提供快速的反應(yīng)時間。筆者曾經(jīng)對XFS、JFS、Ext3、ReiserFS文件系統(tǒng)進(jìn)行過測試，XFS文件文件系統(tǒng)的性能表現(xiàn)相當(dāng)出眾。
　　可擴(kuò)展性
　　XFS 是一個全64-bit的文件系統(tǒng)，它可以支持上百萬T字節(jié)的存儲空間。對特大文件及小尺寸文件的支持都表現(xiàn)出眾，支持特大數(shù)量的目錄。最大可支持的文件大小為263 = 9 x 1018 = 9 exabytes，最大文件系統(tǒng)尺寸為18 exabytes。
　　XFS使用高的表結(jié)構(gòu)(B+樹)，保證了文件系統(tǒng)可以快速搜索與快速空間分配。XFS能夠持續(xù)提供高速操作，文件系統(tǒng)的性能不受目錄中目錄及文件數(shù)量的限制。
　　傳輸帶寬
　　XFS 能以接近裸設(shè)備I/O的性能存儲數(shù)據(jù)。在單個文件系統(tǒng)的測試中，其吞吐量最高可達(dá)7GB每秒，對單個文件的讀寫操作，其吞吐量可達(dá)4GB每秒。
　　XFS 設(shè)計:
　　分配組（allocation groups）
　　當(dāng)創(chuàng)建 XFS 文件系統(tǒng)時，底層塊設(shè)備被分割成八個或更多個大小相等的線性區(qū)域（region）。您可以將它們想象成“塊”（chunk）或者“線性范圍（range）”，但是在 XFS 術(shù)語中，每個區(qū)域稱為一個“分配組”。分配組是唯一的，因?yàn)槊總€分配組管理自己的索引節(jié)點(diǎn)（inode）和空閑空間，實(shí)際上，是將這些分配組轉(zhuǎn)化為一種文件子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)正確地透明存在于 XFS 文件系統(tǒng)內(nèi)。
　　分配組與可伸縮性
　　那么，XFS 到底為什么要有分配組呢？主要原因是，XFS 使用分配組，以便能有效地處理并行 IO。因?yàn)?，每個分配組實(shí)際上是一個獨(dú)立實(shí)體，所以內(nèi)核可以 同時與多個分配組交互。如果不使用分配組，XFS 文件系統(tǒng)代碼可能成為一種性能瓶頸，迫使大量需求 IO 的進(jìn)程“排隊”來使索引節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改或執(zhí)行其它種類的元數(shù)據(jù)密集操作。多虧了分配組，XFS 代碼將允許多個線程和進(jìn)程持續(xù)以并行方式運(yùn)行，即使它們中的許多線程和進(jìn)程正在同一文件系統(tǒng)上執(zhí)行大規(guī)模 IO 操作。因此，將 XFS 與某些高端硬件相結(jié)合，您將獲得高端性能而不會使文件系統(tǒng)成為瓶頸。分配組還有助于在多處理器系統(tǒng)上優(yōu)化并行 IO 性能，因?yàn)榭梢酝瑫r有多個元數(shù)據(jù)更新處于“在傳輸中”。
　　B+ 樹無處不在
　　分配組在內(nèi)部使用高效的 B+ 樹來跟蹤主要數(shù)據(jù)，譬如空閑空間的范圍和索引節(jié)點(diǎn)。實(shí)際上，每個分配組使用 兩棵 B+ 樹來跟蹤空閑空間；一棵樹按空閑空間的大小排序來存儲空閑空間的范圍，另一棵樹按塊設(shè)備上起始物理位置的排序來存儲這些區(qū)域。XFS 擅長于迅速發(fā)現(xiàn)空閑空間區(qū)域，這種能力對于最大化寫性能很關(guān)鍵。
　　當(dāng)對索引節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理時，XFS 也是很有效的。每個分配組在需要時以 64 個索引節(jié)點(diǎn)為一組來分配它們。每個分配組通過使用 B+ 樹來跟蹤自己的索引節(jié)點(diǎn)，該 B+ 樹記錄著特定索引節(jié)點(diǎn)號在磁盤上的位置。您會發(fā)現(xiàn) XFS 之所以盡可能多地使用 B+ 樹，原因在于 B+ 樹的優(yōu)越性能和極大的可擴(kuò)展性。
　　日志記錄
　　當(dāng)然，XFS 也是一種日志記錄文件系統(tǒng)，它允許意外重新引導(dǎo)后的快速恢復(fù)。象 ReiserFS 一樣，XFS 使用邏輯日志；即，它不象 ext3 那樣將文字文件系統(tǒng)塊記錄到日志，而是使用一種高效的磁盤格式來記錄元數(shù)據(jù)的變動。就 XFS 而言，邏輯日志記錄是很適合的；在高端硬件上，日志經(jīng)常是整個文件系統(tǒng)中爭用最多的資源。通過使用節(jié)省空間的邏輯日志記錄，可以將對日志的爭用降至最小。另外，XFS 允許將日志存儲在另一個塊設(shè)備上，例如，另一個磁盤上的一個分區(qū)。這個特性很有用，它進(jìn)一步改進(jìn)了 XFS 文件系統(tǒng)的性能。
　　象 ReiserFS 一樣，XFS 只對元數(shù)據(jù)進(jìn)行日志記錄，并且在寫元數(shù)據(jù)之前，XFS 不采取任何專門的預(yù)防措施來確保將數(shù)據(jù)保存到磁盤。這意味著，使用 XFS（就象使用 ReiserFS）時，如果發(fā)生意外的重新引導(dǎo)，則最近修改的數(shù)據(jù)有可能丟失。然而，XFS 日志有兩個特性使得這個問題不象使用 ReiserFS 時那么常見。
　　使用 ReiserFS 時，意外重新引導(dǎo)可能導(dǎo)致最近修改的文件中包含先前刪除文件的部分內(nèi)容。除了數(shù)據(jù)丟失這個顯而易見的問題以外，理論上，這還可能引起安全性威脅。相反，當(dāng) XFS 日志系統(tǒng)重新啟動時，XFS 確保任何未寫入的數(shù)據(jù)塊在重新引導(dǎo)時 置零。因此，丟失塊由空字節(jié)來填充，這消除了安全性漏洞 ― 這是一種好得多的方法。
　　現(xiàn)在，關(guān)于數(shù)據(jù)丟失問題本身，該怎么辦呢？通常，使用 XFS 時，該問題被最小化了，原因在于以下事實(shí)：XFS 通常比 ReiserFS 更頻繁地將暫掛元數(shù)據(jù)更新寫到磁盤，尤其是在磁盤高頻率活動期間。因此，如果發(fā)生死鎖，那么，最近元數(shù)據(jù)修改的丟失，通常比使用 ReiserFS 時要少。當(dāng)然，這不能徹底解決不及時寫數(shù)據(jù)塊的問題，但是，更頻繁地寫元數(shù)據(jù)也確實(shí)促進(jìn)了更頻繁地寫數(shù)據(jù)。
　　延遲分配
　　研究一下 延遲分配這個 XFS 獨(dú)有的特性，然后我們將結(jié)束關(guān)于 XFS 的技術(shù)概述。正如您可能知道的，術(shù)語 分配（allocation）是指：查找空閑空間區(qū)域并用于存儲新數(shù)據(jù)的過程。
　　XFS 通過將分配過程分成兩個步驟來處理。首先，當(dāng) XFS 接收到要寫入的新數(shù)據(jù)時，它在 RAM 中記錄暫掛事務(wù)，并只在底層文件系統(tǒng)上 保留適當(dāng)空間。然而，盡管 XFS 為新數(shù)據(jù)保留了空間，但 它卻沒有決定將什么文件系統(tǒng)塊用于存儲數(shù)據(jù)，至少現(xiàn)在還沒決定。XFS 進(jìn)行拖延，將這個決定延遲到最后可能的時刻，即直到該數(shù)據(jù)真正寫到磁盤之前作出。
　　通過延遲分配，XFS 贏得了許多機(jī)會來優(yōu)化寫性能。到了要將數(shù)據(jù)寫到磁盤的時候，XFS 能夠以這種優(yōu)化文件系統(tǒng)性能的方式，智能地分配空閑空間。尤其是，如果要將一批新數(shù)據(jù)添加到單一文件，XFS 可以在磁盤上分配一個 單一、相鄰區(qū)域來儲存這些數(shù)據(jù)。如果 XFS 沒有延遲它的分配決定，那么，它也許已經(jīng)不知不覺地將數(shù)據(jù)寫到了多個非相鄰塊中，從而顯著地降低了寫性能。但是，因?yàn)?XFS 延遲了它的分配決定，所以，它能夠一下子寫完數(shù)據(jù)，從而提高了寫性能，并減少了整個文件系統(tǒng)的碎片。
　　在性能上，延遲分配還有另一個優(yōu)點(diǎn)。在要創(chuàng)建許多“短命的”臨時文件的情況下，XFS 可能根本不需要將這些文件全部寫到磁盤。因?yàn)閺奈唇o這些文件分配任何塊，所以，也就不必釋放任何塊，甚至根本沒有觸及底層文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)。