專家指點(diǎn)，解析Linux文件系統(tǒng)

Linux是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是“Linux”。Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。嚴(yán)格來講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計(jì)算機(jī)業(yè)余愛好者Linus Torvalds。經(jīng)常有一些用戶詢問關(guān)于高性能I/O的需求——如果他們可以使用Linux系統(tǒng)而不是AIX或者Solaris操作系統(tǒng)。但是從來沒有人詢問Windows或者NTFS中的高性能I/O(高IOPS或者高流式I/O)。

Windows和NTFS文件系統(tǒng)自從10年前出現(xiàn)到現(xiàn)在幾乎沒有太大的改變，由于它們自身結(jié)構(gòu)限制的原因它們是不大可能拓展的。NTFS文件系同層、分配策略以及架構(gòu)組織使得NTFS文件系統(tǒng)不能有效地支持多TB文件系統(tǒng)，更不用說PB級(jí)文件系統(tǒng)了，因?yàn)镹TFS沒有成為微軟的目標(biāo)市場(chǎng)也就不足為奇了。

那么Linux系統(tǒng)最初的目標(biāo)市場(chǎng)是什么呢?當(dāng)然是取代微軟桌面了。Linux已經(jīng)從在桌面上運(yùn)行逐漸轉(zhuǎn)移到在Sun、IBM和SGI的大型SMP服務(wù)器上運(yùn)行。Linux 操作系統(tǒng)是UNIX 操作系統(tǒng)的一種克隆系統(tǒng)。它誕生于1991 年的10 月5 日(這是第一次正式向外公布的時(shí)間)。以后借助于Internet 網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)過全世界各地計(jì)算機(jī)愛好者的共同努力下，現(xiàn)已成為今天世界上使用最多的一種UNIX 類操作系統(tǒng)，并且使用人數(shù)還在迅猛增長(zhǎng)。

你也許會(huì)認(rèn)為你不需要高性能I/O，但是每臺(tái)服務(wù)器都需要這種I/O性能來滿足備份和恢復(fù)等簡(jiǎn)單需要?，F(xiàn)有的LTO-4磁帶驅(qū)動(dòng)器可以以每面120MB的速度運(yùn)行，支持每面240MB的無壓縮數(shù)據(jù)速率。對(duì)于多磁帶驅(qū)動(dòng)器的大型環(huán)境來說，磁帶驅(qū)動(dòng)器不能以完全的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行工作的話，這就需要更多的磁帶驅(qū)動(dòng)器來滿足備份時(shí)間窗口。

有些人可能會(huì)就這個(gè)問題詢問SGI，但是SGI有一款名為ProPack的軟件，這款軟件具有針對(duì)Linux的高速I/O優(yōu)化功能，另外SGI還有一個(gè)名為CxFS的開放特有Linux文件系統(tǒng)，它并不是標(biāo)準(zhǔn)Linux套件的一部分。因?yàn)镾GI的ProPack和CxFS不屬于標(biāo)準(zhǔn)Linux套件，所以我們?cè)谶@里就不談它們了。SGI現(xiàn)在已成為一個(gè)具有IRIX、LINUX平臺(tái)的工作站、服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)以及媒體商務(wù)解決方案的公司。采用SGI服務(wù)器， 你就可利用其非凡的計(jì)算能力幫助你解決最為棘手的問題。 SGI的圖形工作站可以用更形象化的方式觀看、操作和使用數(shù)據(jù)。 在電信、媒體、政府、科學(xué)技術(shù)、制造、能源等市場(chǎng)領(lǐng)域， SGI一直占據(jù)領(lǐng)先地位， 是技術(shù)計(jì)算和可視化計(jì)算的佼佼者。

我們將主要來看兩點(diǎn)：

1、Linux操作系統(tǒng)

2、Linux文件系統(tǒng)

Linux操作系統(tǒng)

Linux擁有一系列可以滿足AIX以及Solaris系統(tǒng)I/O性能的特性，但是說到底Linux不是基于高性能多線程I/O進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

有很多方面對(duì)Linux的性能造成了限制，例如與其他操作系統(tǒng)相比的頁面大小、Linux在直接I/O和頁面調(diào)整方面的限制、以及Linux不允許通過I/O請(qǐng)求的大小來自動(dòng)直連I/O——我曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)Linux內(nèi)核將較大的(大于512MB)的I/O請(qǐng)求分解成128KB的請(qǐng)求。因?yàn)樽畛鮈inux I/O性能和文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了取代Windows操作系統(tǒng)。

Linux還存在其他一些問題，對(duì)初用者來說缺少專門的人來負(fù)責(zé)。如果你發(fā)現(xiàn)有問題，許多人都表示會(huì)來對(duì)它進(jìn)行修復(fù)，編寫Linux程序的人也許不會(huì)對(duì)你的問題做出回應(yīng)。如果一家Linux廠商答應(yīng)對(duì)你發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行修復(fù)，這并不意味著Linux部門將接受他們的許諾，或者馬上接受。

Linux文件系統(tǒng)和Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)的目標(biāo)應(yīng)該是解決一些完全不同于AIX或者Solaris的故障問題，如果你發(fā)現(xiàn)有故障問題的話，應(yīng)該直接找Linux部門而不是IBM或者Sun。如果你使用的是AIX或者Solaris，向IBM或者Sun求助的話，他們不會(huì)說沒有辦法解決的。

Linux文件系統(tǒng)

記住，大多數(shù)Linux文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)都是為了取代NTFS，而不是為了取代像GPFS(IBM)、STorNext(昆騰)或者QFS(Sun)這些高性能文件系統(tǒng)的。這些文件系統(tǒng)主要是針對(duì)流式I/O進(jìn)行設(shè)計(jì)的，我們現(xiàn)在知道流式I/O對(duì)高速IPOS和數(shù)據(jù)庫讀取都是十分重要的。

目前常用的Linux文件系統(tǒng)(EXT3、EXT4以及XFS)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒有發(fā)生過結(jié)構(gòu)上重大的變化。EXT2和EXT3在某些方面改進(jìn)之后升級(jí)到了EXT4，但是像RAID條帶的超級(jí)塊以及首個(gè)元數(shù)據(jù)分配等簡(jiǎn)單特性都沒有發(fā)生改變。

另外，像RAID條帶值的附件文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)區(qū)和間接分配，RAID是一種把多塊獨(dú)立的硬盤(物理硬盤)按不同的方式組合起來形成一個(gè)硬盤組(邏輯硬盤)，從而提供比單個(gè)硬盤更高的存儲(chǔ)性能和提供數(shù)據(jù)備份技術(shù)。根據(jù)磁盤陳列的不同組合方式，可以將RAID分為不同的級(jí)別。 拿一個(gè)200TB的系統(tǒng)來說，它使用EXT3支持的4KB分區(qū)來實(shí)現(xiàn)537億個(gè)分區(qū)組成的200TB系統(tǒng)。XFS文件系統(tǒng)與EXT3有著類似的特點(diǎn)，如果Linux頁面大小是64KB的話分區(qū)也可以達(dá)到64KB，但是仍然存在超級(jí)塊的調(diào)整、元數(shù)據(jù)區(qū)和其他一些問題。

Linux占據(jù)一席之地

這并不是說我是Linux的反對(duì)者，這只因?yàn)槲也皇茿IX或者Solaris的支持者。我甚至不是反對(duì)Windows，因?yàn)槲以谖业碾娔X上就使用的是Windows界面。但是我相信現(xiàn)在Linux文件系統(tǒng)還不足以取代高性能、高可擴(kuò)展性的SMP文件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)是工具，操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)也是工具。沒有人會(huì)用鏈鋸替代豎鋸，這種類比同樣也適用于操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)以及它們運(yùn)行在的硬件設(shè)備。

我知道有很多人每天都會(huì)用到微軟的Word、Excel、PowerPoint和Visio。如果所有這些應(yīng)用都不能在Windows類似的操作系統(tǒng)中運(yùn)行的話，我可能會(huì)使用其中一些，但是我發(fā)現(xiàn)其中存在一些不兼容性，很久之前有人向我證明了可以兼容之后我才決定采用Windows系統(tǒng)。Linux不支持大型文件系統(tǒng)的單實(shí)例以及為滿足高性能需求從小型文件系統(tǒng)向大型文件系統(tǒng)的拓展。