Btrfs ali ext4: pregled sistema, zmogljivost, pretvorba

V Linuxu je vse datoteka. Vrsta organizacije v sistemu Linux je dobra podlaga za povečanje varnosti operacijskega sistema. Sistemi se pritrdijo na imenik, katerega vsebino sestavljajo datoteke. Ta imenik se imenuje gorska točka. Ko je datotečni sistem BTRFS in EXT4 nameščen, bo zaznal svoje datoteke z goriščnimi točkami. To je odlična lastnost sistema Linux, saj omogoča hitro priklop in odklop različnih datotečnih sistemov brez potrebe po gonilnikih. To uporabnikom in razvijalcem omogoča svobodno izbiro pri ravnanju z dokumenti.

Zgodovina razvoja datotečnih sistemov

Linus Torvalds je pri pisanju prvotnega jedra Linuxa potreboval nov datotečni sistem, vendar ga ni želel napisati, zato je preprosto uporabil Minix, ki ga je napisal Andrew C. Tanenbaum in je del Unixu podobnega operacijskega sistema Minix, napisanega v izobraževalne namene. Njegova koda je še vedno prosto dostopna in licencirana.

Minix ima strukture, ki se večinoma nahajajo na razdelku, kjer je ustvarjen datotečni sistem, ki je zagonski sektor v prvem sektorju trdega diska, na katerega je nameščen. Zagonski blok vključuje zagonski zapis in tabelo razdelkov.

Prvotni datotečni sistem EXT (Extended) je napisal Rémy Card in ga leta 1992 izdal skupaj z operacijskim sistemom Linux, da bi odpravil nekatere omejitve velikosti sistema Minix. Glavne strukturne spremembe se nanašajo na metapodatke operacijskega sistema, ki temelji na Unixu (UFS), znanega tudi kot FFS. EXT je imel precejšnje težave, zato ga je hitro nadomestil EXT2 in nato EXT3.

EXT4 je najnovejša sprememba prvotnega datotečnega sistema. Izboljša zmogljivost, funkcionalnost in pasovno širino operacijskega sistema. Za varnost so bile dodane kontrolne vsote metapodatkov in dnevnikov. Časovni žigi so bili izboljšani z uvedbo intervalov do nanosekund.

Leta 2014 je prišlo do pomembne spremembe - dve najpomembnejši profesionalni distribuciji Linuxa, Red Hat in SUSE, sta se poslovili od klasičnega datotečnega sistema EXT in izdali nove standarde - BTRFS in XFS. B-tree je datotečni sistem naslednje generacije za Linux, ki se izgovori Butter FS ali B-tree FS. Sistem BTRFS ima več funkcij, zaradi katerih je privlačna rešitev za lokalno shranjevanje na disku. Končno izbiro med sistemom BTRFS in EXT4 pa mora opraviti uporabnik.

Vrste datotek

V sistemu Linux je vse obravnavano kot datoteka, tudi naprave, kot so tiskalniki in diskovni pogoni. Ker so vsi podatki v bistvu tok bajtov, lahko vsako napravo logično obravnavamo kot datoteko.

Za izbiro med sistemom BTRFS in EXT4 morate razumeti strukturo datotečnega sistema. Vse datoteke v Unixu lahko v grobem razdelimo na tri vrste, in sicer

• Običajno;
• imenikov;
• naprave.

Zadnji dve nista intuitivno podobni datotekam, zato sta obravnavani kot "posebni". Prva vrsta, navedena zgoraj, je običajna datoteka, tj. brez "za posebne namene". Sestavljen je iz podatkovnih tokov (bajtov), shranjenih v neki fizični napravi. Primeri so navadni besedilni dokumenti, aplikacije, ki vsebujejo izvorno kodo na visoki ravni, izvedljive besedilne datoteke in binarne datoteke.

Druga vrsta je posebna datoteka, imenovana imenik. Ta vrsta deluje kot vsebnik za druge kategorije, imenovane podimeniki. Ne vsebujejo podatkov v uporabniškem smislu, temveč le sklice na datoteke, ki jih vsebujejo.

Tretja kategorija, omenjena zgoraj, je naprava. To je še ena posebna vrsta, ki se uporablja za opis fizične naprave, na primer tiskalnika ali prenosnega pogona. V tem primeru BTRFS ali EXT4 ne bo vseboval nobenih podatkov, temveč bo zgolj prikazal informacije opisani napravi.

BTRFS: skaliranje za shranjevanje

Sistem BTRFS temelji na kopiranju drevesa B pri pisanju COW. Chris Mason, avtor sistema BTRFS, pravi, da je bil njegov cilj omogočiti Linuxu, da se prilagodi razpoložljivemu pomnilniku. Skalabilnost ni povezana le z dostopom do pomnilnika, temveč tudi z administracijo in upravljanjem prek preprostega vmesnika, ki uporabnikom omogoča, da vidijo, kaj se uporablja, zaradi česar je postopek bolj zanesljiv. Zato ima izbira BTRFS ali EXT4 več prednosti za prvi standard.

BTRFS je tudi sistem za shranjevanje, ki temelji na primerkih, kot je XFS. Prihrani prostor za majhnih datotek in indeksiranih imenikov ter podpira dinamično umeščanje "inode". Obdeluje več naprav za shranjevanje in zagotavlja podporo za RAID s črtami, zrcaljenje ter deljene črte in zrcaljenje. Podpira tudi bliskovne pogone z neposredno podporo za operacije TRIM/reset.

Podpira stisnjene, zapisljive in berljive podatke iz posnetkov ter učinkovite inkrementalne varnostne kopije. Epitome omogoča notranje ločevanje korenov datotečnega sistema ter izvajanje kvot in zunanje deduplikacije. Te funkcije so zelo uporabne v vgrajenih sistemih z visoko razpoložljivostjo.

V sistemu BTRFS je minimalno informacij shranjenih na fiksnih lokacijah. To je prednost za migracije EXT2/3/4, saj je mogoča pretvorba na kraju samem, če je na voljo dovolj prostega prostora. Standard je tudi osnova za shranjevanje za Ceph, datotečni sistem gruče. Za uporabnika so ti argumenti dovolj pri izbiri sistemov BTRFS in EXT4.

Razširjeni sistem

Ta dolgoletni standard je družina, ki vključuje EXT2, EXT3 in EXT4 ter je še vedno dejansko splošno razširjen standard.

EXT2 je bil uveden leta 1993 in je podpiral funkcije sistema Linux, kot so simbolične povezave in dolga imena datotek, ter omogočal delo s svežnji do 32 TB in datotekami do 2 TB. Ta format se še vedno uporablja v številnih skladiščih, ki temeljijo na pomnilniku flash, skupaj s formatom FAT. Nima sistema beleženja, ki je značilen za standarda EXT3 in EXT4. EXT2 uporablja večnivojsko hierarhijo za umeščanje, kar omogoča hitrejši dostop do manjših datotek. Velike datoteke, preden so dostopne, dodajo povezavo ene in dveh ravni.

EXT4 ima številne funkcije, vključno z datotečnimi sistemi, majhnimi do 1 bajta, in datotekami do 16 TB. Razširitve nadomeščajo tradicionalni mehanizem kartiranja blokov, ki se je uporabljal pri prejšnjih sorodnikih. Kljub združljivosti za nazaj EXT4 ni mogoče namestiti kot EXT3, če so omogočene novejše funkcije, kot je podpora za razširitve.

EXT4 podpira trajno predhodno dodelitev - uporabno za aplikacije, kot so pretočni mediji, kjer je zmogljivost serijskega dostopa najpomembnejša. Za večjo zanesljivost podpira tudi zakasnjeno distribucijo, enoblokovno distribucijo, hitro preverjanje in beleženje.

Format naslednje generacije

BTRFS je standard naslednje generacije za Linux, zasnovan za velike datoteke in sistem od začetka, posnetke, poenostavljeno upravljanje, integrirano upravljanje RAID in volumnov.

BTRFS ima prednosti pred EXT4:

1. Vgrajena celovitost podatkov - kontrolne vsote in metapodatki.
2. odkriva in odpravlja poškodbe podatkov ter izboljšuje splošno zanesljivost datotečnega sistema.
3. Ustvarja lahke kopije in klone datotek ali celotnih struktur imenikov z minimalnimi zahtevami po dodatnem prostoru na disku. Ta funkcija je še posebej uporabna v povezavi s tehnologijami virtualizacije, kot so, za shranjevanje Podobe virtualnih strojev in vsebniki Linuxa.
4. Hitro pridobivanje nedavnih sprememb datotek.
5. Izboljša operacije varnostnega kopiranja, saj datotečni sistem lahko te informacije posreduje neposredno, namesto da bi bilo treba prečesati celotno imeniško strukturo in poiskati datoteke, ki so se spremenile.
6. Podpora za zavržke in TRIM.
7. optimizirana podpora za polprevodniške (flash) pomnilniške naprave, ki omogoča obnovitev sektorjev iz izbrisanih datotek za prihodnje operacije pisanja.
8. Integracija posnetkov z upravljanjem paketov yum.
9. omogoča hitro vračanje posodobitev programske opreme in operacijskega sistema ali hiter zagon na starejšo raven popravkov.
10. Spletno defragmentacijo. preprečuje drobljenje, pri katerem se hitro zaporedoma ustvari in izbriše veliko majhnih datotek, s čimer se z zmanjšanjem števila dostopov do diska poveča splošna zmogljivost datotečnega sistema.
11. Čiščenje popravka napak. Najdbe in popravki Poškodba datotečnega sistema sistemi samodejno.
12. Spletno stiskanje podatkov. Povečanje zmogljivosti shranjevanja in zmanjšanje števila operacij I/O.
13. Vgrajena podpora za več naprav. enemu datotečnemu sistemu omogoča, da se razteza na več diskov brez ločenega upravitelja zvezkov, in zagotavlja funkcionalnost RAID za večjo redundanco ali zmogljivost.

Primerjava: BTRFS proti EXT4

Pred kratkim so uporabniki Linuxa še vedno uporabljali datotečne sisteme, ki se od časov Unixa niso veliko spremenili, na primer EXT3. Standard uporablja kazalnike blokov, indeks osrednje podatkovne strukture, ki vsebuje vse informacije o datoteki, in seznam kazalnikov na vsak posamezen blok.

Novejši standardi EXT4 uporabljajo kazalce na "razširitve". Vsak predstavlja skupino sosednjih blokov. Ker delujejo z neprekinjenim shranjevanjem, ki temelji na razširitvah, to znatno zmanjša stroške upravljanja prostora za datoteke.

Tudi sistem BTRFS uporablja razširitve, vendar se te precej razlikujejo od drugih operacijskih sistemov Linux in jih je mogoče kopirati pri pisanju COW. Pri prepisovanju podatkov v sistemu EXT4 se novi podatki zapišejo na obstoječe podatke na pomnilniški napravi, pri čemer se stara kopija uniči. BTRFS prepišene bloke premakne na drugo lokacijo in tja zapiše nove bloke, staro kopijo pa pusti na mestu.

Druga pomembna lastnost sistema BTRFS je vgrajeni upravitelj. Sistem BTRFS lahko zajema več fizičnih naprav v številnih konfiguracijah RAID. Vsak zvezek je niz eno ali več fizičnih diskov lahko razdelimo tudi v "dvigala", ki se obravnavajo kot neodvisni sistemi, ki si delijo en sam niz fizičnih volumnov. Sistem BTRFS tako omogoča, da del ali celotno shrambo združite v velik sklad, nato pa ta sklad razdelite med več datotečnih sistemov, od katerih ima vsak svoje omejitve.

BTRFS ponuja številne druge funkcije, ki jih drugi datotečni standardi v sistemu Linux ne podpirajo. Izvede lahko celotno kontrolno vsoto podatkov in metapodatkov, zato je odporen proti morebitnim poškodbam strojne opreme. Celotna kontrolna vsota je draga, zato se bo uporabljala le v majhnem številu namestitev.

Podatki so lahko na pogonu shranjeni v stisnjeni obliki. Funkcija sprejema/prenosa se uporablja kot del varnostne sheme. Delujoči mehanizem za defragmentacijo za popravilo razdrobljenih datotek v delujočem sistemu. Jedro 3.12 Dodana funkcija deduplikacije brez povezave, ki pregleduje bloke s podvojenimi podatki in jih združi v eno skupno kopijo.

Čeprav je primerjava med EXT4 in BTRFS v prid slednjemu standardu, velika nova funkcionalnost BTRFS ni brezplačna. V mnogih primerih se lahko administratorji odločijo, da so stroški BTRFS večji od koristi. Ko bo splošno sprejeto, da je sistem BTRFS pripravljen za javno uporabo v resničnem svetu, obstaja velika verjetnost, da se bo standard pojavil v številnih sistemih.

Izbira modela za SSD

Pri vzpostavljanju nove namestitve Linuxa z diskom SSD mnogi uporabniki niso prepričani, s katerim datotečnim sistemom naj delajo. To je razumljivo, ker uporabniki ob namestitvi Linuxa pogosto izberejo privzeto.

SSD-BTRFS ima veliko nasprotnikov. Pravijo, da je nestabilen, kar se zdi res, saj je še vedno v težkem položaju razvojne faze. Kljub temu je to precej soliden datotečni sistem za osnovno uporabo, zlasti za SSD.

BTRFS ne beleži za razliko od drugi sistemi, prihranek dragocenega prostora za SSD. Podpira tudi funkcijo TRIM, ki je pomembna za lastnike SSD. TRIM omogoča brisanje blokov, ki se ne uporabljajo, kar je ključnega pomena za ohranjanje pogona v operacijskem sistemu Linux.

SSD-EXT4 je danes najbolj uporaben in zanesljiv sistem v Linuxu. Uporablja se v velikih podatkovnih centrih in produkcijskih okoljih, na vseh vrstah trdih diskov, vključno s SSD.

Pretvorba datotek

Med zagonom v živo USB je treba particijo s korenskim imenikom pretvoriti iz EXT4 v BTRFS. V nasprotnem primeru ne boste mogli zagnati ukaza BTRFS-convert, ko boste pozvani, da je /dev/sda1 nameščen.

Algoritem:

1. Vnesite dodatek> Središče za programsko opremo Ubuntu v meniju Uredi> Viri programska oprema.
2. Preverite celoten seznam: Poskusite apt-get install BTRFS-tools. Priporoča se uporaba posodobljenega različice orodij BTRFS-tools. Na primer, dobite BTRFS-tools_0.19+20100601-3ubuntu3_amd64.deb in napišite: sudo dpkg -i BTRFS-tools v0.19+20100601-3ubuntu3 _amd64.deb
3. Brez tega posodobljenega orodja ne morete odstraniti posnetka iz sistema BTRFS.
4. Če je bila pretvorba EXT4 v BTRFS uspešna in se izvede funkcija pretvorbe BTRFS, se prikažejo naslednja sporočila.

Nato spremenite UUID v meniju.datoteka lst. V programu Grub Legacy morate spremeniti vrednost root=UUID v meniju.lst za particijo BTRFS ročno. V meniju Grub s uporabite naslednje vrstice.datoteka lst. Ker so dodane skripte in kavlji, je treba posodobiti initramfs, initrd, slike v zagonskem imeniku.

Pretvorba diskovnih razdelkov

Pred izvedbo pretvorbe korenskega datotečnega sistema naredite popolno varnostno kopijo operacijskega sistema za morebitno obnovitev v prihodnosti.

Postopek pretvorbe EXT2, EXT3 ali EXT4 v korenske datotečne sisteme BTRFS:

1. Zaženite ukaz za priklop, da določite priklopljeni pogon kot korenskega uporabnika in vrsto datotečnega sistema.
2. S pomočjo ls -l preverite, ali se mapirana naprava ujema z /dev/vg hostol6/lv_root in ali se korenski datotečni sistem ujema z diskovno particijo /dev/sda2.
3. Izklopite računalnik.
4. Zagon z zgoščenke, DVD-ja ali ISO sistema Oracle Linux.
5. V meniju namestitvenega programa izberite Rescue Installed System. Ob pozivu izberite jezik in tipkovnico, lokalni CD/DVD kot namestitveni medij in nato "Ne", da se izognete zagonu omrežnega vmesnika.
6. Izberite "Preskoči", da bi se izognili izbiri okolja za obnovitev.
7. Izberite Začni lupino, da se prikaže pozivna lupina bash (bash-4.1#) na dnu zaslona.
8. Če je obstoječi korenski sistem konfiguriran kot zvezek LVM, za zagon skupine zvezkov uporabite naslednji ukaz: vg_hostol6.
9. Zaženite pravilno različico programa fsck, npr. fsck.ext3 ali fsck. ext4 za preverjanje in popravljanje celovitosti sistema.
10. Pretvarjanje sistema v sistem BTRFS.
11. Ustvarite priključno točko (/mnt 1) za pretvorjeni korenski sistem.
12. Z ukazom uredite datoteko /mnt1/etc/fstab in spremenite vrsto korenskega sistema BTRFS.
13. Ustvari datoteko .v korenu nameščenega sistema.
14. Razpoložljivost .Datoteka s samodejnim označevanjem pove sistemu SE Linux, da ponovno ustvari varnostne atribute za vse datoteke v sistemu.
15. Odmontirajte pretvorjeni korenski sistem.
16. Izvlecite zagonski CD, DVD ali ISO in ponovno zaženite sistem.

Synology: Optimizirajte svoj SSD

BTRFS je v sistemu syno relativno nov in že velja za stabilno rešitev, ki je predlagana kot standard v večini distribucij. Pri izbiri datotečnega sistema za SSD temeljita BTRFS in EXT4 na naslednjih argumentih.

BTRFS je datotečni sistem z več koreni, ki je bil v jedro Linuxa uveden leta 2013 in razglašen za stabilnega. V njem je mogoče shraniti 16 milijonov TB prostornine (16 Eo) in ponuja številne funkcije:

1. Samodejno zaznavanje in optimizacija SSD. Za nerazpršene diske veljajo določene optimizacije, kar je razvojno vprašanje. SF se sprva upošteva, zlasti v EXT4, če je treba med urejanjem onemogočiti nekatere možnosti, kot je čas pisanja datotek.
2. Linearni RAID je uporaben, kadar ima uporabnik različne in raznolike medije za shranjevanje, ki jih je treba združiti za recikliranje, na primer NAS z dodajanjem strežnika NFS. To ni mogoče s kartico RAID, z MDADM ali LVM. BTRFS JBOD ponuja boljše možnosti za shranjevanje podatkov, zlasti pri majhnem številu diskov, zato je standardna izbira za Synology BTRFS in EXT4.
3. Po začetni polni varnostni kopiji samo za branje lahko sistem BTRFS izvaja prirastne varnostne kopije z rotacijo, npr. eno varnostno kopijo na dan, nato eno na mesec in eno na leto. Prenosi posnetkov so prav tako postopni, lažji in hitrejši kot z "rsync", saj lahko sistem razlikuje med brisanjem datoteke in preprostim preimenovanjem drevesa.

BTRFS je naslednja generacija datotečnega sistema Linux in spreminja želje uporabnikov po izbiri. Gre za pravo mobilno orodje, ki se mora z rastjo potreb potrošnikov učiti.