XFS es un sistema de archivos de registro de 64 bits de alto rendimiento creado por Silicon Graphics, Inc (SGI) en 1993. [7] Era el sistema de archivos predeterminado en el sistema operativo IRIX de SGI a partir de su versión 5.3. XFS fue portado al kernel de Linux en 2001; A partir de junio de 2014, XFS es compatible con la mayoría de las distribuciones de Linux ; Red Hat Enterprise Linux lo utiliza como sistema de archivos predeterminado.
XFS sobresale en la ejecución de operaciones paralelas de entrada/salida (E/S) debido a su diseño, que se basa en grupos de asignación (un tipo de subdivisión de los volúmenes físicos en los que se utiliza XFS, también abreviado como AG ). Debido a esto, XFS permite una escalabilidad extrema de los subprocesos de E/S, el ancho de banda del sistema de archivos y el tamaño de los archivos y del propio sistema de archivos cuando abarca múltiples dispositivos de almacenamiento físico. XFS garantiza la coherencia de los datos mediante el empleo de un diario de metadatos y el soporte de barreras de escritura . La asignación de espacio se realiza mediante extensiones con estructuras de datos almacenadas en árboles B+ , lo que mejora el rendimiento general del sistema de archivos, especialmente cuando se manejan archivos grandes. La asignación retrasada ayuda a prevenir la fragmentación del sistema de archivos; También se admite la desfragmentación en línea . Una característica exclusiva de XFS es la preasignación de ancho de banda de E/S a una velocidad predeterminada; esto es adecuado para muchas aplicaciones en tiempo real. Sin embargo, esta característica sólo era compatible con IRIX y sólo con hardware especializado.
Silicon Graphics comenzó el desarrollo de XFS [8] ("X" debía completarse más tarde, pero nunca se hizo) en 1993.
El sistema de archivos fue lanzado bajo la Licencia Pública General GNU (GPL) en mayo de 1999. [9] Un equipo dirigido por Steve Lord en SGI lo portó a Linux, [10] y el primer soporte por parte de una distribución de Linux llegó en 2001. Este soporte Poco a poco estuvo disponible en casi todas las distribuciones de Linux. [ cita necesaria ]
El soporte inicial para XFS en el kernel de Linux llegó a través de parches de SGI. Se fusionó con la línea principal del kernel de Linux para la serie 2.6 y se fusionó por separado en febrero de 2004 con la serie 2.4 en la versión 2.4.25, [11] haciendo que XFS esté disponible casi universalmente en sistemas Linux. [12] Gentoo Linux se convirtió en la primera distribución de Linux en introducir una opción para XFS como sistema de archivos predeterminado a mediados de 2002. [13]
FreeBSD añadió soporte de sólo lectura para XFS en diciembre de 2005 y en junio de 2006 introdujo soporte de escritura experimental. Sin embargo, esto fue pensado sólo como una ayuda en la migración desde Linux, no como un sistema de archivos "principal". FreeBSD 10 eliminó la compatibilidad con XFS. [14]
En 2009, la versión 5.4 de la distribución de Linux Red Hat Enterprise Linux (RHEL) de 64 bits contenía el soporte de kernel necesario para la creación y el uso de sistemas de archivos XFS, pero carecía de las herramientas de línea de comandos correspondientes. Las herramientas disponibles en CentOS podrían funcionar para ese propósito y Red Hat también las proporcionó a los clientes de RHEL a pedido. [15] RHEL 6.0, lanzado en 2010, incluye soporte XFS por una tarifa como parte del "complemento de sistema de archivos escalable" de Red Hat. [16] Oracle Linux 6, lanzado en 2011, también incluye una opción para usar XFS. [17]
RHEL 7.0, lanzado en junio de 2014, utiliza XFS como sistema de archivos predeterminado, [18] incluido el soporte para el uso de XFS para la /bootpartición, lo que anteriormente no era práctico debido a errores en el gestor de arranque GRUB . [19]
El kernel de Linux 4.8 en agosto de 2016 agregó una nueva característica, "mapeo inverso". Esta es la base para un gran conjunto de funciones planificadas: instantáneas , datos de copia en escritura (COW), deduplicación de datos , copias de enlaces de referencia, depuración de datos y metadatos en línea , informes altamente precisos de pérdida de datos o sectores defectuosos y reconstrucción significativamente mejorada. de sistemas de archivos dañados o corruptos. Este trabajo requirió cambios en el formato en disco de XFS. [20] [21]
El kernel de Linux 5.10, lanzado en diciembre de 2020, introdujo "bigtime", para almacenar marcas de tiempo de inodo como un contador de nanosegundos de 64 bits en lugar del tradicional contador de segundos de 32 bits. Esto pospone el problema anterior del año 2038 hasta el año 2486. [5]
XFS es un sistema de archivos de 64 bits [22] y admite un tamaño máximo de sistema de archivos de 8 exbibytes menos un byte (2· 63 − 1 bytes), pero las limitaciones impuestas por el sistema operativo host pueden disminuir este límite. Los sistemas Linux de 32 bits limitan el tamaño tanto del archivo como del sistema de archivos a 16 tebibytes .
En la informática moderna, el registro en diario es una capacidad que garantiza la coherencia de los datos en el sistema de archivos, a pesar de cualquier corte de energía o falla del sistema que pueda ocurrir. XFS proporciona un registro en diario para los metadatos del sistema de archivos, donde las actualizaciones del sistema de archivos se escriben primero en un diario en serie antes de que se actualicen los bloques de disco reales. El diario es un búfer circular de bloques de disco que no se lee durante el funcionamiento normal del sistema de archivos.
El diario XFS se puede almacenar dentro de la sección de datos del sistema de archivos (como un registro interno) o en un dispositivo separado para minimizar la contención del disco.
En XFS, el diario contiene principalmente entradas que describen las partes de los bloques de disco modificadas por las operaciones del sistema de archivos. Las actualizaciones del diario se realizan de forma asincrónica para evitar una disminución en la velocidad del rendimiento.
En caso de una falla del sistema, las operaciones del sistema de archivos que ocurrieron inmediatamente antes de la falla se pueden volver a aplicar y completar tal como se registran en el diario, que es la forma en que los datos almacenados en los sistemas de archivos XFS permanecen consistentes. La recuperación se realiza automáticamente la primera vez que se monta el sistema de archivos después del fallo. La velocidad de recuperación es independiente del tamaño del sistema de archivos, sino que depende de la cantidad de operaciones del sistema de archivos que se volverán a aplicar.
Los sistemas de archivos XFS están divididos internamente en grupos de asignación , que son regiones lineales de igual tamaño dentro del sistema de archivos. Los archivos y directorios pueden abarcar grupos de asignación. Cada grupo de asignación gestiona sus propios inodos y espacio libre por separado, proporcionando escalabilidad y paralelismo para que múltiples subprocesos y procesos puedan realizar operaciones de E/S en el mismo sistema de archivos simultáneamente.
Esta arquitectura ayuda a optimizar el rendimiento de E/S paralelas en sistemas con múltiples procesadores y/o núcleos, ya que las actualizaciones de metadatos también se pueden paralelizar. La partición interna proporcionada por los grupos de asignación puede ser especialmente beneficiosa cuando el sistema de archivos abarca varios dispositivos físicos, lo que permite un uso óptimo del rendimiento de los componentes de almacenamiento subyacentes.
Si se va a crear un sistema de archivos XFS en una matriz RAID seccionada , se puede especificar una unidad seccionada cuando se crea el sistema de archivos. Esto maximiza el rendimiento al garantizar que las asignaciones de datos, las asignaciones de inodos y el registro interno (el diario) estén alineados con la unidad de banda.
Los bloques utilizados en archivos almacenados en sistemas de archivos XFS se administran con extensiones de longitud variable donde una extensión describe uno o más bloques contiguos. Esto puede acortar considerablemente la lista de bloques, en comparación con los sistemas de archivos que enumeran todos los bloques utilizados por un archivo individualmente.
Los sistemas de archivos orientados a bloques gestionan la asignación de espacio con uno o más mapas de bits orientados a bloques; en XFS, estas estructuras se reemplazan con una estructura orientada a la extensión que consta de un par de árboles B+ para cada grupo de asignación del sistema de archivos. Uno de los árboles B+ está indexado por la longitud de las extensiones libres, mientras que el otro está indexado por el bloque inicial de las extensiones libres. Este esquema de indexación dual permite la asignación altamente eficiente de extensiones libres para las operaciones del sistema de archivos.
El tamaño del bloque del sistema de archivos representa la unidad de asignación mínima. XFS permite crear sistemas de archivos con tamaños de bloque que oscilan entre 512 bytes y 64 KB, lo que permite ajustar el sistema de archivos al grado de uso esperado. Cuando se esperan muchos archivos pequeños, un tamaño de bloque pequeño normalmente maximizaría la capacidad, pero para un sistema que trata principalmente con archivos grandes, un tamaño de bloque más grande puede proporcionar una ventaja de eficiencia en el rendimiento.
XFS utiliza técnicas de evaluación diferidas para la asignación de archivos. Cuando un archivo se escribe en la memoria caché del búfer, en lugar de asignar extensiones para los datos, XFS simplemente reserva la cantidad adecuada de bloques del sistema de archivos para los datos almacenados en la memoria. La asignación de bloques real ocurre solo cuando los datos finalmente se vacían en el disco. Esto mejora la posibilidad de que el archivo se escriba en un grupo contiguo de bloques, lo que reduce los problemas de fragmentación y aumenta el rendimiento.
XFS proporciona un espacio de direcciones disperso de 64 bits para cada archivo, lo que permite archivos de gran tamaño y "agujeros" dentro de archivos en los que no se asigna espacio en disco. Como el sistema de archivos utiliza un mapa de extensión para cada archivo, el tamaño del mapa de asignación de archivos se mantiene pequeño. Cuando el tamaño del mapa de asignación es demasiado grande para almacenarlo dentro del inodo, el mapa se mueve a un árbol B+ que permite un acceso rápido a los datos en cualquier lugar del espacio de direcciones de 64 bits proporcionado para el archivo.
XFS proporciona múltiples flujos de datos para archivos; esto es posible gracias a la implementación de atributos extendidos . Estos permiten el almacenamiento de una cantidad de pares de nombre/valor adjuntos a un archivo. Los nombres son cadenas de caracteres imprimibles terminadas en nulo que tienen una longitud de hasta 256 bytes, mientras que sus valores asociados pueden contener hasta 64 KB de datos binarios.
Además, se subdividen en dos espacios de nombres: rooty user. Los atributos extendidos almacenados en el espacio de nombres raíz solo pueden ser modificados por el superusuario, mientras que los atributos en el espacio de nombres del usuario pueden ser modificados por cualquier usuario con permiso para escribir en el archivo.
Los atributos extendidos se pueden adjuntar a cualquier tipo de inodo XFS, incluidos enlaces simbólicos, nodos de dispositivos, directorios, etc. La attrutilidad se puede utilizar para manipular atributos extendidos desde la línea de comando, y las utilidades xfsdumpy xfsrestoreconocen los atributos extendidos y respaldarán y restaurar su contenido. Muchos otros sistemas de respaldo no admiten trabajar con atributos extendidos.
Para aplicaciones que requieren un alto rendimiento en el disco, XFS proporciona una implementación de E/S directa que permite que las operaciones de E/S no almacenadas en caché se apliquen directamente al espacio de usuario. Los datos se transfieren entre el búfer de la aplicación y el disco mediante DMA , lo que permite el acceso al ancho de banda de E/S completo de los dispositivos de disco subyacentes.
El sistema de E/S de velocidad garantizada XFS proporciona una API que permite a las aplicaciones reservar ancho de banda para el sistema de archivos. XFS calcula dinámicamente el rendimiento disponible de los dispositivos de almacenamiento subyacentes y reservará ancho de banda suficiente para cumplir con el rendimiento solicitado durante un tiempo específico. Esta es una característica exclusiva del sistema de archivos XFS. Las tarifas garantizadas pueden ser "duras" o "blandas", lo que representa un equilibrio entre confiabilidad y rendimiento; sin embargo, XFS sólo permitirá garantías "duras" si el subsistema de almacenamiento subyacente las admite. Esta función se utiliza principalmente para aplicaciones en tiempo real, como la transmisión de vídeo.
La E/S de velocidad garantizada solo era compatible con IRIX y requería hardware especial para ese propósito. [23]
XFS implementó la interfaz DMAPI para admitir la gestión de almacenamiento jerárquico en IRIX. En octubre de 2010, la implementación de XFS en Linux admitía los metadatos en disco necesarios para la implementación de DMAPI, pero, según se informa, el soporte del kernel no era utilizable. Durante algún tiempo, SGI alojó un árbol del kernel que incluía los enlaces DMAPI, pero este soporte no se ha mantenido adecuadamente, aunque los desarrolladores del kernel han manifestado su intención de actualizar este soporte. [24]
XFS aún no [25] proporciona soporte directo para instantáneas, ya que actualmente espera que el administrador de volúmenes implemente el proceso de instantáneas. Tomar una instantánea de un sistema de archivos XFS implica detener temporalmente la E/S al sistema de archivos usando la xfs_freezeutilidad, hacer que el administrador de volúmenes realice la instantánea real y luego reanudar la E/S para continuar con las operaciones normales. Luego, la instantánea se puede montar como de solo lectura con fines de copia de seguridad.
Las versiones de XFS en IRIX incorporaron un administrador de volumen integrado llamado XLV. Este administrador de volúmenes no se ha adaptado a Linux y, en su lugar, XFS funciona con LVM estándar en sistemas Linux.
En los kernels de Linux recientes, la xfs_freezefuncionalidad se implementa en la capa VFS y se ejecuta automáticamente cuando se invoca la funcionalidad de instantánea del Administrador de volúmenes. Alguna vez esto fue una ventaja valiosa ya que el sistema de archivos ext3 no se podía suspender [26] y el administrador de volúmenes no podía crear una instantánea "activa" consistente para realizar una copia de seguridad de una base de datos muy ocupada. [27] Afortunadamente, este ya no es el caso. Desde Linux 2.6.29, los sistemas de archivos ext3, ext4 , GFS2 y JFS también tienen la función de congelación. [28]
Aunque la naturaleza basada en extensiones de XFS y la estrategia de asignación retardada que utiliza mejora significativamente la resistencia del sistema de archivos a los problemas de fragmentación, XFS proporciona una utilidad de desfragmentación del sistema de archivos ( xfs_fsrabreviatura de reorganizador del sistema de archivos XFS) que puede desfragmentar los archivos en un XFS montado y activo. sistema de archivos. [29]
XFS proporciona la xfs_growfsutilidad para realizar la expansión en línea de los sistemas de archivos XFS. Los sistemas de archivos XFS se pueden ampliar siempre que quede espacio no asignado en el dispositivo que contiene el sistema de archivos. Esta característica generalmente se usa junto con la administración de volúmenes, ya que de lo contrario la partición que contiene el sistema de archivos deberá ampliarse por separado.
Silicon Graphics (SGI) creó su sistema de archivos de extensiones (XFS) para su sistema operativo IRIX y [...] luego donó el código a Linux.
Oracle Linux 6 incluye muchas características nuevas, incluido [...] XFS [:] Oracle Linux 6 incluye XFS como un sistema de archivos opcional.