Лекции по Операционным Системам. Ввиде html
| Вид материала | Лекции |
| Что такое журналируемая файловая система? Файловая система ext3. Различные журналируемые режимы в файловой системе ext3 Буферный КЭШ Преимущества и неудобства буферного кэша |
- Html динамический html, 177.06kb.
- Управление операционным риском в банковской деятельности, 76.24kb.
- Курс по операционным системам (на примере ос windows) Основан на учебном курсе Windows, 29.21kb.
- Практикума по операционным системам на основе ms windows, 75.74kb.
- Концепция www 5 Создание Web-страницы с помощью языка html 7 1 Язык html 7 Структура, 217.81kb.
- Программа для просмотра web-страниц, которая преобразует тэги html-документа в соответствующее, 47.68kb.
- Html, " onclick="return false">, 258.05kb.
- 1 Призначення html, 333.23kb.
- Реферат создание сайта на основе html, 60.66kb.
- Автоматически создает html версии документов при сканировании Интернета, 2049.64kb.
Что такое журналируемая файловая система?
Запуск проверки системы (fsck) на больших файловых системах может занять много времени, что очень плохо, учитывая сегодняшние высоко скоростные системы. Причиной, по которой целостность отсутствует в файловой системе, может являться не корректное размонтирование, например в момент прекращения работы на диск велась запись. Приложения могли обновлять данные, содержащиеся в файлах и система могла обновлять мета-данные файловой системы, которые являются "данными о данных файловой системы", иными словами, информация о том какие блоки связаны с какими файлами, какие файлы размещены в каких директориях и тому подобное. Ошибки (отсутствие целостности) в файлах данных - это плохо, но куда хуже ошибки в мета-данных файловой системы, что может привести к потерям файлов и другим серьезным проблемам.
Для минимизации проблем связанных с целостностью и минимизации времени перезапуска системы, журналируемая файловая система хранит список изменений, которые она будут проводить с файловой системой перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой "журналом" или "логом". Как только эти записи журнала (лога) безопасно записаны, журналируемая файловая система вносит эти изменения в файловую систему и затем удаляет эти записи из "лога" (журнала регистраций). Записи журнала организованы в наборы связанных изменений файловой системы, что очень похоже на то, как изменения добавляемые в базу данных организованны в транзакции.
Журналируемая файловая система увеличивает вероятность целостности, потому что записи в лог-файл ведутся до проведения изменений файловой системы, и потому что файловая система хранит эти записи до тех пор, пока они не будут целиком и безопасно применены к файловой системе. При перезагрузке компьютера, который использует журналируемую файловую систему, программа монтирования может гарантировать целостность файловой системы простой проверкой лог-файла на наличие ожидаемых, но не произведенных изменений и записью их в файловую систему. В большинстве случаев, системе не нужно проводить проверку целостности файловой системы, а это означает, что компьютер использующий журналируемую файловую систему будет доступен для работы практически сразу после перезагрузки. Соответственно шансы потери данных в связи с проблемами в файловой системе значительно снижаются.
Существует несколько журналируемых файловых систем доступных для Linux. Наиболее известные из них: XFS, журналируемая файловая система разработанная Silicon Graphics, но сейчас выпущенная открытым кодом (open source); RaiserFS, журналируемая файловая система разработанная специально для Linux; JFS, журналируемая файловая система первоначально разработанная IBM, но сейчас выпущенная как открытый код; ext3 - файловая система разработанная доктором Стефаном Твиди (Stephan Tweedie) в Red Hat, и несколько других систем.
Файловая система ext3.
Файловая система ext3 - это журналируемая версия Linux файловой системы ext2. Файловая система ext3 имеет одно значительно преимущество перед другими журналируемыми файловыми системами - она полностью совместима с файловой системой ext2. Это делает возможным использование всех существующих приложений разработанных для манипуляции и настройки файловой системы ext2.
Файловая система ext3 поддерживается ядрами Linux версии 2.4.16 и более поздними, и должна быть активизирована использованием диалога конфигурации файловых систем (Filesystems Configuration) при сборке ядра. В Linux дистрибутивы, такие как Red Hat 7.2 и SuSE 7.3 уже включена встроенная поддержка файловой системы ext3. Вы можете использовать файловую систему ext3 только в том случае, когда поддержка ext3 встроена в ваше ядро и у вас есть последние версии утилит "mount" и "e2fsprogs".
В большинстве случаев перевод файловых систем из одного формата в другой влечет за собой резервное копирование всех содержащихся данных, переформатирование разделов или логических томов, содержащих файловую систему, и затем восстановление всех данных на эту файловую систему. В связи с совместимостью файловых систем ext2 и ext3, все эти действия можно не проводить, и перевод может быть сделать с помощью одной команды (запущенной с полномочиями root):
# /sbin/tune2fs -j <имя-раздела >
Например, перевод файловой системы ext2 расположенной на разделе /dev/hda5 в файловую систему ext3 может быть осуществлен с помощью следующей комманды:
# /sbin/tune2fs -j /dev/hda5
Опция '-j' команды 'tune2fs' создает журнал ext3 на существующей ext2 файловой системе. После перевода файловой системы ext2 в ext3, вы так же должны внести изменения в записи файла /etc/fstab, для указания что теперь раздел является файловой системой 'ext3'. Так же вы можете использовать авто определение типа раздела (опция "auto"), но все же рекомендуется явно указывать тип файловой системы. Следующий пример файл /etc/fstab показывает изменения до и после перевода файловой системы для раздела /dev/hda5:
До:
/dev/hda5 /opt ext2 defaults 1 2
После:
/dev/hda5 /opt ext3 defaults 1 0
Последнее поле в /etc/fstab указывает этап в загрузке, во время которого целостность файловой системы должна быть проверена с помощью утилиты "fsck". При использовании файловой системы ext3, вы можете установить это значение в "0", как показано на предыдущем примере. Это означает что программа 'fsck' никогда не будет проверять целостность файловой системе, в связи с тем что целостность файловой системы гарантируется путем отката в журнале.
Перевод корневой файловой системы в ext3 требует особого подхода, и лучше всего его проводить в режиме одного пользователя (single user mode) после создания RAM диска поддерживающего файловую систему ext3.
Различные журналируемые режимы в файловой системе ext3
Кроме совместимости с утилитами файловой системы ext2 и простым переводом файловой системы из ext2 в ext3, файловая система ext3 так же предлагает несколько различных типов журнилирования.
Классический вид журналируемой файловой системы это хранение в журнале (логе) изменений метаданных файловой системы и хранение изменений всех данных файловой системы, включая изменения самих файлов. Файловая система ext3 поддерживает три различных режима журналирования, которые могут быть активированы из файла /etc/fstab. Эти режимы журналирования следующие:
Журнал / journal - запись всех изменений данных файловой системы и мета-данных. Наиболее медленный из всех трех режимов журналирования. Этот режим минимизирует шанс потери изменений файлов которые вы проводите в ext3 файловой системе.
Последовательный / ordered - записываются изменения только мета-данных файловой системы, но записывает обновления данных файла на диск перед изменениями ассоциируемых мета-данных файловой системы. Этот режим журналирования ext3 установлен по умолчанию.
Обратная запись / writeback - записываются только изменения мета-данных файловой системы, основан на стандартном процессе записи изменений данных файлов. Это наиболее быстрый метод журналирования.
Различия между этими режимами журналирования одновременно и едва заметны, и основательны. Использование режима "журнал" требует, что бы файловая система ext3 записывала каждое изменение файловой системы дважды - первый раз в журнал, а затем в саму файловую систему. Это может снизить общую производительность вашей файловой системы, но этот режим наиболее любим пользователями, потому что он минимизирует шанс потери изменения данных ваших файлов, так как и изменения мета-данных и изменения данный файлов записывается в журнал ext3 и может быть повторено при перезагрузке системы.
Используя "последовательный" режим, записываются только изменения мета-данных файловой системы, что понижает избыточность между записью в файловую систему и в журнал, именно в связи с эти метод более быстрый. Не смотря на то, что изменения данных файла не записываются в журнал, они должны быть сделаны до изменений ассоциируемых мета-данных файловой системы, которые проводит журналирующий ext3 демон, что может немного снизить производительность вашей системы. Использование этого метода журналирования гарантирует что файлы в файловой системе никогда не будет рассинхронизированы со связанными мета-данными файловой системы.
Метод "обратная запись" наиболее быстрый, чем остальные два журналируемых метода, так как хранятся данные только о изменениях мета-данных файловой системы, и нет ожидания изменения ассоциируемых данных файла при записи (перед обновлением таких вещей как размер файла и информация о директории). Так как обновление данных файла производиться асинхронно по отношению к журналируемым изменениям мета-данных файловой системы, файлы в файловой системе могут показывать ошибки в мета-данных, например ошибка в указании владельца блоков данных (обновление которых к моменту перезагрузки системы было не закончено). Это не фатально, но может помешать пользователю.
Указание журналируемого режима, используемого в ext3 файловой системе производиться в файле /etc/fstab для этой файловой системы. "Последовательный" режим используется по умолчанию, но вы можете указать различные режимы журналирования, путем изменения опций для требуемого раздела в файле /etc/fstab. Например, запись в /etc/fstab указывающая на использование режима журналирования "обратная запись" будет выглядеть следующим образом:
/dev/hda5 /opt ext3 data=writeback 1 0
Журналируемые файловые системы предоставляют значительные преимущества для большого круга пользователей Linux, минимизирует задержки при перезагрузке Linux системы, и почти устраняет возможность появления ошибок в файловой системе. Файловая система ext3 является высокопроизводительной журналируемой файловой системой, которая совместима с файловой системой ext2, а утилиты ext3 делают перевод вашей системы из ext2 в ext3 очень простым. Эта совместимость так же увеличивает возможность использование всех утилит, созданных для работы с файловой системой ext2.
21. VFS. Виртуально-файловая система.
Обеспечивает одновременную работу с несколькими типами файловых систем. Работа с файловой системой различается на зависимый и независимый от реализации уровни. VS- это независимы
В суперблоке содержатся номер копии и длина группы.
В Linuxe имена файлов могут иметь неограниченную длину.
22. Буферный КЭШ.
Буферный кэш представляет собой программную структуру, которую не следует путать с аппаратными кэшами, ускоряющими косвенную адресацию памяти.
Рассмотрим пример. Задача: откомпилировать программу, т.е. нужно открыть, откомпилировать и сохранить.
Схема:
Происходит четыре обращения к диску. Буферный КЭШ предназначен для того, чтобы оптимизировать обращение к диску.
Буферный КЭШ ¾ это специальная область внутренних информационных буферов, хранящая содержимое блоков диска, к которым производились обращения.
Задача: минимизировать обращения к накопителям информации, т.е. считывать побольше, записывать пореже.
Объём КЭШ.
V = f (V, Производительность систем)
Буферный КЭШ создаётся при загрузке системы.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕУДОБСТВА БУФЕРНОГО КЭША
Использование буферного КЭШа имеет, с одной стороны, несколько преимуществ и, с другой стороны, некоторые неудобства.
* Использование буферов позволяет внести единообразие в процедуру обращения к диску, поскольку ядру нет необходимости знать причину ввода-вывода. Вместо этого, ядро копирует данные в буфер и из буфера, невзирая на то, являются ли данные частью файла, индекса или суперблока. Буферизация ввода-вывода с диска повышает модульность разработки программ, поскольку те составные части ядра, которые занимаются вводом-выводом на диск, имеют один интерфейс на все случаи. Короче говоря, упрощается проектирование системы.
* Система не накладывает никаких ограничений на выравнивание информации пользовательскими процессами, выполняющими ввод-вывод, поскольку ядро производит внутреннее выравнивание информации. В различных аппаратных реализациях часто требуется выравнивать информацию для ввода-вывода с диска определенным образом, т.е. производить к примеру двухбайтное или четырехбайтное выравнивание данных в памяти. Без механизма буферизации программистам пришлось бы заботиться самим о правильном выравнивании данных. По этой причине на машинах с ограниченными возможностями в выравнивании адресов возникает большое количество ошибок программирования и кроме того, становится проблемой перенос программ в операционную среду UNIX. Копируя информацию из пользовательских буферов в системные буферы (и обратно), ядро системы устраняет необходимость в специальном выравнивании пользовательских буферов, делая пользовательские программы более простыми и мобильными.
* Благодаря использованию буферного КЭШа, сокращается объем дискового трафика и время реакции и повышается общая производительность системы. Процессы, считывающие данные из файловой системы, могут обнаружить информационные блоки в КЭШе и им не придется прибегать ко вводу-выводу с диска. Ядро часто применяет "отложенную запись", чтобы избежать лишних обращений к диску, оставляя блок в буферном КЭШе и надеясь на попадание блока в КЭШ. Очевидно, что шансы на такое попадание выше в системах с большим количеством буферов. Тем не менее, число буферов, которые можно заложить в системе, ограничивается объемом памяти, доступной выполняющимся процессам: если под буферы задействовать слишком много памяти, то система будет работать медленнее в связи с тем, что ей придется заниматься подкачкой и замещением выполняющихся процессов.
* Алгоритмы буферизации помогают поддерживать целостность файловой системы, так как они сохраняют общий, первоначальный и единственный образ дисковых блоков, содержащихся в КЭШе. Если два процесса одновременно попытаются обратиться к одному и тому же дисковому блоку, алгоритмы буферизации (например, getblk) параллельный доступ преобразуют в последовательный, предотвращая разрушение данных.
* Сокращение дискового трафика является важным преимуществом с точки зрения обеспечения хорошей производительности или быстрой реакции системы, однако стратегия КЭШирования также имеет некоторые неудобства. Так как ядро в случае отложенной записи не переписывает данные на диск немедленно, такая система уязвима для сбоев, которые оставляют дисковые данные в некорректном виде. Хотя в последних версиях системы и сокращен ущерб, наносимый катастрофическими сбоями, основная проблема остается: пользователь, запрашивающий выполнение операции записи, никогда не знает, в какой момент данные завершат свой путь на диск (****).
* Использование буферного КЭШа требует дополнительного копирования информации при ее считывании и записи пользовательскими процессами. Процесс, записывающий данные, передает их ядру и ядро копирует данные на диск; процесс, считывающий данные, получает их от ядра, которое читает данные с диска. При передаче большого количества данных дополнительное копирование отрицательным образом отражается на производительности системы, однако при передаче небольших объемов данных производительность повышается, поскольку ядро буферизует данные (используя алгоритм getblk и отложенную запись) до тех пор, пока это представляется эффективным с точки зрения экономии времени работы с диском.