本篇內(nèi)容介紹了“Linux文件系統(tǒng)中的NiLFS(2)和exofs怎么使用”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠?qū)W有所成！
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使用日志和對象發(fā)展 Linux 文件系統(tǒng)
Linux? 在文件系統(tǒng)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。它支持任何操作系統(tǒng)上的眾多不同文件系統(tǒng)。它還提供尖端文件系統(tǒng)技術(shù)。Linux 最近又引入兩種新的文件系統(tǒng)，它們是 NiLFS(2) 日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)和 exofs 基于對象的存儲系統(tǒng)。探索這兩種文件系統(tǒng)背后的動機和它們的優(yōu)點。
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一種新的 Linux 文件系統(tǒng)的公布總是令人既興奮又恐懼。興奮是因為文件系統(tǒng)意味著新的發(fā)展空間。恐懼是因為文件系統(tǒng)在早期還是試驗性的，尚未迎來黃金時期。但是有時候，新文件系統(tǒng)的公布也意味著對 Linux 未來的投資，而最近 2.6.30-rc1 的公布確實標示著令人感興趣的前景。在過去幾個季度，Linux 主要公布了三種文件系統(tǒng)。2008 年底引入了 B-Tree File System（Btrf），最近又引入了兩種獨特的文件系統(tǒng)：NiLFS(2) 和 exofs。
我們首先了解這些非傳統(tǒng)文件系統(tǒng)，然后探索 NiLFS(2) 和 exofs 的細節(jié)。
日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)是用于由 NAND 閃存組成的固態(tài)硬盤（solid-state disks，SSD）的理想格式。閃存的基本問題是寫擦周期數(shù)量有限。日志可以寫到整個設(shè)備上，盡量寫滿設(shè)備，從而最大程度地減少擦的周期。由于這個原因，日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)在 SSD 上（連續(xù)寫）表現(xiàn)非常好，并且提供更好的損耗均衡。
日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)在現(xiàn)代計算系統(tǒng)中有豐富的歷史。第一個日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)由 John Ousterhout 和 Fred Douglis 在 1988 年提出，隨后由 Sprite 操作系統(tǒng)在 1992 年實現(xiàn)。顧名思義，日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)將文件系統(tǒng)視為一個循環(huán)日志，將新的數(shù)據(jù)和文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)寫到日志的頭部，并且從尾部回收空閑空間（如圖 1 所示）。這意味著數(shù)據(jù)可能在日志中出現(xiàn)兩次或更多次，但是由于日志是按時間先后順序發(fā)展的，最近的數(shù)據(jù)被視作活動數(shù)據(jù)。日志中保留數(shù)據(jù)的多個副本可以帶來一些有趣的優(yōu)點，后面將詳細談到這些優(yōu)點。
與其說日志結(jié)構(gòu)方法是一個賣點，不如說它是體系結(jié)構(gòu)上的一個細節(jié)，不過這種方法確實有一些獨特的優(yōu)點。一個關(guān)鍵的優(yōu)點在于系統(tǒng)崩潰后的數(shù)據(jù)恢復(fù)，當使用日志結(jié)構(gòu)方法時，這種恢復(fù)更簡單。
另一個優(yōu)點是利用底層存儲系統(tǒng)挖掘性能。您也許還記得，連續(xù)寫到硬盤比隨機 I/O 要快得多。如果所有的寫都是連續(xù)的，那么查找的開銷隨之減少，從而可以獲得更快的硬盤 I/O，進而得到更快的文件系統(tǒng)。
傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)依賴于磁盤驅(qū)動器和它們的本地接口持久地存儲數(shù)據(jù)。這些接口依賴于塊存儲語義，大小固定的數(shù)據(jù)小塊與它們的映射（文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)）相關(guān)聯(lián)。對象存儲系統(tǒng)則采用截然不同的方法：它們不是管理大小固定的數(shù)據(jù)塊，而是管理大小可變的對象以及相關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)（提供關(guān)于對象的系統(tǒng)級信息）。
對象存儲設(shè)備基于 T-10 Object Storage Devices（OSD）標準。該規(guī)范詳細描述了用于支持對象級管理的對標準 SCSI 命令集的擴展。除了定義對象級訪問方法外，該規(guī)范還包括安全性和元數(shù)據(jù)管理。
對象存儲系統(tǒng)是解決包含多租戶和安全性的可伸縮存儲的唯一途徑。構(gòu)建作為一種標準的 OSD（見側(cè)邊欄）的方式有很多種。例如可以使用遵從 OSD 的組件（例如 OSD 驅(qū)動器和啟動器）或更高級的組件（在傳統(tǒng)驅(qū)動器上構(gòu)建 OSD 行為的目標系統(tǒng)）。但是，基于塊的存儲系統(tǒng)與基于對象的存儲系統(tǒng)之間的根本區(qū)別在于，在基于塊的存儲系統(tǒng)中，是從塊集合創(chuàng)建對象的，塊中既包括數(shù)據(jù)，又包括使用某種協(xié)議與塊通信的元數(shù)據(jù)。而在基于對象的存儲系統(tǒng)中，是與對象和它們的關(guān)聯(lián)元數(shù)據(jù)通信的（如圖 2 所示）。于是，對象存儲設(shè)備成為對象的平面名稱空間（flat namespace），必要時，在存儲系統(tǒng)棧中的更高層建立層次結(jié)構(gòu)。
本文探索基于對象的存儲系統(tǒng)上的一種文件系統(tǒng)的實現(xiàn)。
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NiLFS(2) 是日本 Nippon Telegraph and Telephone（NTT）開發(fā)的一種日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)的第二次迭代。該文件系統(tǒng)的開發(fā)非?；钴S，最近已進入主流 Linux 內(nèi)核（另外還有 NetBSD 內(nèi)核）。第一版的 NILFS（version 1）出現(xiàn)于 2005 年，這個版本沒有任何形式的垃圾收集。在 2007 年，第 2 版首次發(fā)布，其中包括一個垃圾收集器，并且可以創(chuàng)建和維護多個快照。今年（2009），NiLFS(2) 文件系統(tǒng)進入主流內(nèi)核，可通過安裝它的可裝載模塊方便地啟用它。
NiLFS(2) 一個有趣的方面是，它支持連續(xù)快照（continuous snap-shotting）技術(shù)。由于 NILFS 是基于日志結(jié)構(gòu)的，新數(shù)據(jù)被寫到日志的頭部，而舊數(shù)據(jù)仍然保留（直到需要對舊數(shù)據(jù)進行垃圾收集）。由于舊數(shù)據(jù)仍被保留，因此可以在時間線上回滾，以檢查文件系統(tǒng)的不同時期（epoch）。在 NiLFS(2) 中，這些時期被稱作檢查點，它們是文件系統(tǒng)中不可或缺的一部分。每當發(fā)生改變時，NiLFS(2) 都會創(chuàng)建這些檢查點，但是也可以強制創(chuàng)建檢查點。
NiLFS(2) 是眾多包含快照行為的文件系統(tǒng)中的一種。其他包含快照的文件系統(tǒng)有 ZFS、LFS 和 Ext3cow。
可以在快照中查看和更改檢查點（恢復(fù)點）?？梢韵衿渌募到y(tǒng)一樣將快照掛載到 Linux 文件系統(tǒng)空間中，但是目前它們還是只讀的。這一點非常有用，因為可以掛載快照，然后恢復(fù)之前刪除的文件，或者檢查之前版本的文件。
除了連續(xù)快照外，NiLFS(2) 還具有很多其他的優(yōu)點。從可用性的角度看，最重要的優(yōu)點是快速重啟。如果當前檢查點失效，文件系統(tǒng)只需回滾到上一個有效的檢查點，重新獲得有效的文件系統(tǒng)。這顯然好于 fsck 進程。
這個 NiLFS(2) 演示 是在 2.6.27 Linux 內(nèi)核中完成的。2.6.30-rc1 內(nèi)核在 mainline 中包括 NiLFS(2)，但是在這里，NILFS 文件系統(tǒng)模塊和工具是從源代碼安裝的。請參閱 參考資料 了解關(guān)于如何將 NiLFS(2) 安裝到內(nèi)核中的信息。
雖然連續(xù)快照是一個很好的特性，但是也有一定的副作用。前面已經(jīng)提到，它的優(yōu)點在于它是日志結(jié)構(gòu)的，采用連續(xù)寫的方式（減少物理磁盤的查找行為），因此非常快。而缺點在于，它是日志結(jié)構(gòu)的，所以需要垃圾收集，以便清理舊的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。一般情況下，這種文件系統(tǒng)非?？?，但是一旦需要進行垃圾收集，性能就會慢下來。
我們來看看 NiLFS(2) 的實際應(yīng)用。這個演示展示如何在循環(huán)設(shè)備上創(chuàng)建一個 NiLFS(2) 文件系統(tǒng)（測試文件系統(tǒng)的一種簡單方法），然后看看 NiLFS(2) 的一些特性。首先安裝 NiLFS(2) 內(nèi)核模塊：
$ sudo modprobe nilfs2 $
接下來，創(chuàng)建一個文件，該文件將包含文件系統(tǒng)（主機操作系統(tǒng)上的一個區(qū)域，可通過循環(huán)設(shè)備將它掛載為操作系統(tǒng)本身的文件系統(tǒng)），然后使用 mkfs 在其中構(gòu)建 NiLFS(2) 文件系統(tǒng)（如圖 1 所示）。
$ dd if=/dev/zero of=/tmp/disk.img bs=384M count=1 1+0 records in 1+0 records out 402653184 bytes (403 MB) copied, 60.7253 s, 6.6 MB/s $ mkfs.nilfs2 /tmp/disk.img mkfs.nilfs2 ver 2.0 Start writing file system initial data to the device Blocksize:4096 Device:/tmp/disk.img Device Size:402653184 File system initialization succeeded !! $
現(xiàn)在，您有了自己的以 NiLFS(2) 文件系統(tǒng)格式初始化的磁盤鏡像。接下來，使用循環(huán)設(shè)備將該文件系統(tǒng)掛載到一個掛載點上（如清單 2 所示）。注意，當掛載文件系統(tǒng)時，會啟動一個用戶空間程序 nilfs_cleanerd，以提供垃圾收集服務(wù)。
$ sudo losetup /dev/loop0 /tmp/disk.img $ sudo mkdir /mnt/nilfs $ sudo mount -t nilfs2 /dev/loop0 /mnt/nilfs/ mount.nilfs2: WARNING! - The NILFS on-disk format may change at any time. mount.nilfs2: WARNING! - Do not place critical data on a NILFS filesystem. $ ls /mnt/nilfs $
現(xiàn)在，在該文件系統(tǒng)中添加一些文件，然后使用 lscp 命令列出當前可用的檢查點（如清單 3 所示）。使用 mkcp 命令定義一個快照，然后再次查看檢查點。第二次執(zhí)行 lscp 命令時可以看到新創(chuàng)建的快照（所有檢查點和快照都有一個 CNO，或檢查點號）。
$ cd /mnt/nilfs $ sudo touch file1.txt file2.txt $ lscp CNO DATE TIME MODE FLG NBLKINC ICNT 1 2009-08-21 22:29:31 cp - 11 3 2 2009-08-21 22:36:44 cp - 11 5 $ sudo mkcp -s $ lscp CNO DATE TIME MODE FLG NBLKINC ICNT 1 2009-08-21 22:29:31 cp - 11 3 2 2009-08-21 22:36:44 ss - 11 5 3 2009-08-21 22:39:47 cp i 7 5 $
現(xiàn)在有了一個快照，接下來同樣使用 touch 命令再將一些文件添加到當前文件系統(tǒng)中（如清單 4 所示）。
$ sudo touch file3.txt file4.txt $ ls file1.txt file2.txt file3.txt file4.txt $
現(xiàn)在，掛載快照作為一個只讀文件系統(tǒng)。這和之前的掛載類似，但是需要指定掛載的快照。為此可以使用 cp 選項。從之前的 lscp 命令中可以看出，快照是 CNO=2。在 mount 命令中使用這個 CNO 掛載只讀文件系統(tǒng)。掛載后，首先使用 ls 命令列出掛載的讀/寫文件系統(tǒng)，然后查看所有的文件。在只讀快照中，只能看到兩個文件，這兩個文件是創(chuàng)建快照時存在的兩個文件（如清單 5 所示）。
$ sudo mkdir /mnt/nilfs-ss2 $ sudo mount.nilfs2 -r /dev/loop0 /mnt/nilfs-ss2/ -o cp=2 $ ls /mnt/nilfs file1.txt file2.txt file3.txt file4.txt $ ls /mnt/nilfs-ss2/ file1.txt file2.txt $
注意，一旦將檢查點轉(zhuǎn)換為快照，這些快照將持久存在。當需要清理出空間時，檢查點會被從文件系統(tǒng)中回收，而快照可以持久存在。
該演示展示了用于 NiLFS(2) 的兩個命令行實用程序：lscp（列出檢查點和快照）和 mkcp（創(chuàng)建檢查點或快照）。有一個名為 chcp 的實用程序，用于將檢查點轉(zhuǎn)換為快照，或者將快照轉(zhuǎn)換為檢查點；還有一個 rmcp 實用程序，用于使檢查點或快照無效。
鑒于這種文件系統(tǒng)是臨時性的，NTT 已經(jīng)為將來考慮了一些非常有創(chuàng)新性的工具 — 例如，tls（臨時 ls）、tdiff（臨時 diff）和 tgrep（臨時 grep）。下一步引入基于時間的功能似乎是合乎情理的。
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Extended Object File System（exofs）是構(gòu)建在對象存儲系統(tǒng)上的一種傳統(tǒng)的 Linux 文件系統(tǒng)。exofs 最初由 IBM 的 Avnishay Traeger 開發(fā)，當時被稱作 OSD 文件系統(tǒng)，或稱作 osdfs。然后，Panasas（一家構(gòu)建對象存儲系統(tǒng)的公司）接管該項目，并將它重新命名為 exofs（因為它的祖先來自 ext2 文件系統(tǒng)）。
從概念上講，對象存儲系統(tǒng)可以視作對象的平面名稱空間和它們的關(guān)聯(lián)元數(shù)據(jù)。而在基于塊的傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)要占用一些塊，以提供語義黏合劑。圖 3 顯示 exofs 的架構(gòu)圖。Virtual File System Switch（VFS）為 exofs 提供一條途徑，在其中，exofs 通過一個本地 OSD 啟動器與對象存儲系統(tǒng)通信。OSD 啟動器實現(xiàn) OSD T-10 標準 SCSI 命令集。
exofs 背后的思想是在 OSD 后備存儲上提供一個傳統(tǒng)文件系統(tǒng)。這樣一來，就更容易遷移到對象級存儲，因為提供的文件系統(tǒng)本身是傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)。
OSD 中的每個對象由平面名稱空間中一個 64 位的標識符表示。為了將標準 POSIX 接口疊加到對象存儲系統(tǒng)上，需要一個映射。exofs 提供一個簡單的映射，這種映射還是可伸縮、可擴展的。
文件系統(tǒng)中的文件由 inode 唯一地表示。exofs 將 inode 映射到對象系統(tǒng)中的對象標識符（OID）。在對象系統(tǒng)中，使用對象表示文件系統(tǒng)的所有元素。文件被直接映射到對象，目錄也是文件，只不過是引用目錄中所含文件的文件（采用文件名和 inode-OID 對的形式）。圖 4 簡明地闡釋了這一點。另外還有一些其他的對象，用于支持 inode 位圖（用于 inode 分配）等。
用于表示對象空間中的對象的 OID 長度為 64 位，因此支持非常多的對象。
對象存儲是一個有趣的思想，可大幅提高系統(tǒng)的可伸縮性。它將文件系統(tǒng)的一些部分從主機轉(zhuǎn)移到存儲子系統(tǒng)中。為此需付出一定的代價，但是通過將文件系統(tǒng)的一些部分分布到多個端點，可以分散工作負載，使基于對象的方法更易于伸縮到更大的存儲系統(tǒng)。主機操作系統(tǒng)不再需要考慮塊到文件的映射，存儲設(shè)備本身會提供這種映射，因此主機可以在文件級進行操作。
對象存儲系統(tǒng)還提供查詢可用元數(shù)據(jù)的能力。這可以帶來更多的好處，因為搜索能力可以分布到端點對象系統(tǒng)。
最近，對象存儲在云存儲領(lǐng)域回歸。云存儲提供商（將存儲作為服務(wù)出售）以對象的形式提供他們的存儲，而不是以傳統(tǒng)的塊 API 的形式提供存儲。這些提供商實現(xiàn)用于對象傳輸、管理和元數(shù)據(jù)管理的 API。
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“Linux文件系統(tǒng)中的NiLFS(2)和exofs怎么使用”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！
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