Вопросы истории: UNIX, Linux, BSD и другие

К тому же мы забыли о файловых системах. А они вносят свою, и немалу, лепту в соотношение «ума, честности и партийности».

Файловые системы

Изначальная файловая система Unix носила имя s5fs (то есть файловая система System V). По свидетельству современников, была она отменно медленной, да еще и не допускала имен файлов из более чем 14 символов. А поскольку в те времена в Университете Беркли также разрабатывалась версия Unix (именовавшаяся BSD Unix – предтеча всех современных BSD-систем), то берклианцы решили поправить дело. И создали в 1983 году файловую систему, названную FFS (Fast File System, где первое слово символизировало ее быстроту сравнительно с s5fs).

Поскольку FFS, как и прочие разработки берклианцев, была свободной, создатели проприетарных Unix'ов не погнушались включить поддержку FFS в очередную версию канонической System V. А уже от нее и произошло, прямо или косвенно, большинство современных файловых систем UNIX, как проприетарных, так и свободных. Хотя для нашего повествования имеет значение только UFS из FreeBSD.

Вообще говоря, UFS расшифровывается просто как файловая система Unix (Unix File System). И под этим именем известны и файловые системы других ОС этого семейства, отнюдь не идентичные UFS из FreeBSD (например, файловая система SunOS и Solaris). Так что некоторая неопределенность терминологии имеет место быть.

Однако нас интересует только собственно UFS из FreeBSD. Ибо именно в ней впервые появилось понятие группы цилиндров с собственной структурой. Они призваны были обеспечить минимизацию перемещения головк винчестера и, соответственно, быстродействие файловых операций.

Другим новшеством UFS, появившемся несколько позже, стал парадоксальный механизм Soft Updates, приводящий к росту одновременно и надёжности, и быстродействию файловой системы. Он, с одной стороны, выполнял контроль за последовательностью зависимых обновлений (тем самым способствуя целостности состояния файловой системы и, следовательно, её надёжности). С другой же стороны, при включенииSoft Updates происходила группировка нескольких обновлений в единую атомарную операцию синхронного обращения к диску. Что и вызывало рост быстродействия файловых операций.

И действительно, по производительности UFS+Soft Updates была вполне сопоставима с файловой системой Linux'а – ext2, хотя последняя по умолчанию работала в асинхронном режиме, а UFS – в частично синхронном (с немедленной записью метаданных и отложенной – блоков данных). А в отношении надёжности они были просто не сопоставимы: в те далёкие годы, да ещё и не иобильные с точки зрения бесперебойников, полный развал ext2 при «мёртвом» зависании или сбое питания был делом достаточно обычным, тогда как с UFS у меня такого не случалось ни разу.

В 5-й ветке FreeBSD на смену UFS пришла её усовершенствованная, 64-битная, модификация. Которая привнесла немало удобств (в частности, выполнение операции fsck в фоновом режиме на смонтированных файловых системах), однако ценой этого было быстродействие – точнее, его потеря. Не случайно именно тогда от FreeBSD отпочковалась DragonFly с её файловой системой Hammer, правда, находящейся тогда только в голове создателя, Мэтта Диллона.

В Linux'е же поначалу использовалась файловая система MINIX, созданная Эндрю Таненбаумом для своей одноимённой ОС на базе классической s5fs, без всякого влияния берклианских наработок. Она имела массу ограничений, в частности, на максимальный размер в 64 МБ (вследствие своей 16-битности), на длину имени файла (14 символов). Что и послужило причиной для её усовершенствования, выполненных Линусом Торвальдосм одновременной с работой над ядром. Что в итоге вылилось в файловую систему extfs (Extended File System), уже 32-битную, с обычными для этого класса поддержкой разделов до 2 ГБ и длины имён файлов до 256 символов. Хотя MINIX долгое время использовался в Linux'е для его загрузочных дискет, а поддерживается ядром чуть ли не по сей день.

Однако и на extfs творческая мысль разработчиков не остановилась. Для ликвидации некоторых присущих ей ограничений, например, в атрибутах файлов, в 1993 году Реми Кард (Remi Card) разработал улучшенную её модификацию, названную ext2. Именно она стала на долгие годы стандартной для ОС Linux. И используется по сей день, оставаясь эталоном быстродействия.

Думаю, каждого, кто начинал знакомство с Linux’ом во времена безраздельного господства файловой системы FAT в DOS/Windows, ext2fs поражала скоростью выполнения всех файловых операций. Что было обусловлено эффективностью их кэширования и полностью асинхронным режимом работы. За что, как уже только что было сказано, приходилось платить надёжностью – сбой системы по любой причине влёк за собой тяжкие последствия, вплоть до полного разрушения файловой структуры. Но и даже когда до полной катастрофы дело не доходило, отказы (например, по питанию) вызывали за собой долгую и нудную процедуру проверки целостности файловой системы.