Fajl sistem bez premca

ZFS je novi tip fajl sistema koji koristi transakcionalnu semantiku, ima praktično neograničenu proširivost i najbolju bezbednost podataka na celom tržištu. Odmah treba napomenuti to da nije u pitanju poboljšanje nekog već postojećeg fajl sistema – u pitanju je fundamentalno nov pristup organizaciji i upravljanju datotekama. ZFS arhitektura je urađena uz dvadesetogodišnje iskustvo pri razvoju fajl sistema za UNIX familiju operativnih sistema. Napravljen je kao potpuno novo rešenje bez ikakvih primesa zastarelog kôda. Kao logična posledica, eliminisana je kompleksnost i napravljen je proizvod koji je veoma jednostavan za korišćenje, a pri tom je veoma brz i pouzdan.

ZFS predstavlja združeni model za skladištenje datoteka koji potpuno eliminiše dosadašnji koncept particija i svih pratećih problema koji uz njih idu, kao što su gubljenje protoka prilikom komunikacije sa hard diskom (slanje informacija koje ZFS-u nisu potrebne) i fragmentacija datoteka. Hiljade fajl sistema može se priključiti na jedinstveno združeno skladište datoteka tako da svaki od njih koristi onoliko prostora koliko mu je zaista potrebno. Ukupan U/I protok svih uređaja u združenom skladištu hard diskova dostupan je svim fajl sistemima u svako doba. Broj datoteka koje je moguće zapisati je 1,84 x 1019 puta veći od broja datoteka koje je moguće zapisati u tradicionalnom UFS-u.

Sve operacije koje se obavljaju nad datotekama su u obliku copy-on-write (COW) transakcija, tako da je realno stanje informacije na disku uvek ispravno. Prilikom upotrebe ZFS-a nikada ne postoji potreba za upotrebom fsck(1M) komande! Svaki blok koji se zapiše ima zabeležen checksum kako bi se predupredila tiha, neželjena izmena podataka. ZFS ima sposobnost samoisceljenja (self-healing) ako se koristi u hot-backup konfiguracijama (npr. RAID). Ako je jedna kopija datoteke oštećena, ZFS to detektuje i automatski koristi drugu kopiju za popravku.

ZFS uvodi nov model za kopiranje podataka nazvan RAID-Z. Sličan je RAID-5 konfiguraciji, ali koristi promenljivu širinu vrste da bi eliminisao RAID-5 „rupe”, koje mogu da nastanu prilikom upisa informacija (na primer, ako dođe do oštećenja vrste usled nestanka napajanja između osvežavanja podataka i provere njihove jednakosti). Svi RAID-Z upisi vrše se odjednom na celoj dužini vrste. Ne postoje problemi koji mogu da se jave prilikom procedure read-modify-write, koja se veoma često upotrebljava, ne postoje „rupe” prilikom upisa i, možda najvažnija stvar, ne postoji potreba za NVRAM-om u hardveru. Dakle, ZFS je idealan za jeftine hard diskove.

Kod takvih diskova postoji veća verovatnoća otkaza, za koju ZFS takođe ima rešenje – „češljanje” hard diska. Kao kod ECC memorija, ideja je da se čitaju svi podaci da bi se otkrile skrivene greške dok još postoji mogućnost popravke. Metodom „češljanja” prelazi se ceo združeni prostor za smeštaj datoteka, upoređuje se svaki blok sa njegovim 256-bitnim checksumom i popravlja se ako je to neophodno. Sve se ovo dešava dok sistem radi pod punim opterećenjem i bez prekida.

ZFS koristi „magistralni” U/I mehanizam, po konceptu sličan onom koji je prisutan kod mikroprocesora. Magistrala radi u zavisnosti od U/I komandi koje omogućavaju sistem semafora, prioriteta, stavljanja krajnjeg roka izvršavanja određene transakcije, izvršavanje „van rasporeda” i U/I agregaciju protoka. U/I opterećenja, s kojima drugi fajl sistemi veoma teško izlaze na kraj, u ZFS arhitekturi se obrađuju neverovatnom lakoćom upotrebom U/I magistrale.

ZFS dozvoljava beskonačno mnogo snapshootova i cloneova. Snapshoot je „read-only” kopija fajl sistema u nekom trenutku, dok je clone slično što i snapshoot, samo što postoji mogućnost pisanja. Cloneovi omogućavaju veoma ekonomično skladištenje mnogo kopija datoteka koje se uglavnom mrežno dele, kao što su radni prostori (workspaces), instalacije softvera ili klijenti bez fizičkog hard diska.

ZFS bekap i povraćaj datoteka omogućeni su snapshoot osobinom. Svaki snapshoot može da generiše pun bekap i za bilo koji par snapshootova postoji mogućnost da se generiše inkrementalni bekap. Inkrementalni bekapovi su tako efikasni da se mogu koristiti za kopiranje sadržaja na daljinu (na primer, moguće je podesiti slanje inkrementalnog bekapa na svakih 10 sekundi). Ovde treba napomenuti to da je ZFS tehnologija tako koncipirana da čak i kada se jedna jedina datoteka menja, sistem snima samo razliku između pređašnjeg i sadašnjeg stanja, tako da se snimanje mnogo brže obavlja, a i sama tehnika omogućava opcije kao što su snapshoot i clone, i to sa veoma malim potrebama za prostorom na hard disku – nekoliko redova veličine manje od sličnih osobina kod drugih fajl sistema, ako u njima uopšte postoje.

Za ZFS praktično ne postoje ograničenja. Možete imati datoteka koliko god želite, linkova ka datotekama, direktorijuma, snapshotova takođe, kao i svega ostalog. Uz sve to, ugrađena je i kompresija unutar same arhitekture ZFS-a. Kao direktna posledica toga moguće je smanjiti korišćeni prostor dva do tri puta, a samim tim se za toliko redukuje i U/I protok. Na ovaj način uključivanje kompresije zapravo ubrzava korišćenje sistema, iako bi bilo logično da ga usporava.

ZFS arhitektura dizajnirana je, takođe, za aplikacije kojima je potreban tzv. RAW pristup uređaju. Zbog toga se preporučuje za „swap” uređaje, na primer. Ako se na to još doda i mogućnost kompresije, dobijamo komprimovanu virtuelnu memoriju.

Iz svega izloženog možemo samo zaključiti da ZFS nema premca kada su u pitanju fajl sistemi. Dolazi, inače, kao sastavni deo OpenSolaris OS-a, koji smo detaljno opisali u decembarskom broju (SK 12/2009).

Uroš NEDIĆ