share/doc/smm/05.fastfs/2.t

   1 .\" Copyright (c) 1986, 1993
   2 .\"     The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   3 .\"
   4 .\" Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5 .\" modification, are permitted provided that the following conditions
   6 .\" are met:
   7 .\" 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   8 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   9 .\" 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  10 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  11 .\"    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  12 .\" 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  13 .\"    may be used to endorse or promote products derived from this software
  14 .\"    without specific prior written permission.
  15 .\"
  16 .\" THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  17 .\" ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18 .\" IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19 .\" ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20 .\" FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21 .\" DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22 .\" OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23 .\" HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24 .\" LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25 .\" OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26 .\" SUCH DAMAGE.
  27 .\"
  28 .\"     @(#)2.t 8.1 (Berkeley) 6/8/93
  29 .\"
  30 .ds RH Old file system
  31 .NH
  32 Old File System
  33 .PP
  34 In the file system developed at Bell Laboratories
  35 (the ``traditional'' file system),
  36 each disk drive is divided into one or more
  37 partitions.  Each of these disk partitions may contain
  38 one file system.  A file system never spans multiple
  39 partitions.\(dg
  40 .FS
  41 \(dg By ``partition'' here we refer to the subdivision of
  42 physical space on a disk drive.  In the traditional file
  43 system, as in the new file system, file systems are really
  44 located in logical disk partitions that may overlap.  This
  45 overlapping is made available, for example,
  46 to allow programs to copy entire disk drives containing multiple
  47 file systems.
  48 .FE
  49 A file system is described by its super-block,
  50 which contains the basic parameters of the file system.
  51 These include the number of data blocks in the file system,
  52 a count of the maximum number of files,
  53 and a pointer to the \fIfree list\fP, a linked
  54 list of all the free blocks in the file system.
  55 .PP
  56 Within the file system are files.
  57 Certain files are distinguished as directories and contain
  58 pointers to files that may themselves be directories.
  59 Every file has a descriptor associated with it called an
  60 .I "inode".
  61 An inode contains information describing ownership of the file,
  62 time stamps marking last modification and access times for the file,
  63 and an array of indices that point to the data blocks for the file.
  64 For the purposes of this section, we assume that the first 8 blocks
  65 of the file are directly referenced by values stored
  66 in an inode itself*.
  67 .FS
  68 * The actual number may vary from system to system, but is usually in
  69 the range 5-13.
  70 .FE
  71 An inode may also contain references to indirect blocks
  72 containing further data block indices.
  73 In a file system with a 512 byte block size, a singly indirect
  74 block contains 128 further block addresses,
  75 a doubly indirect block contains 128 addresses of further singly indirect
  76 blocks,
  77 and a triply indirect block contains 128 addresses of further doubly indirect
  78 blocks.
  79 .PP
  80 A 150 megabyte traditional UNIX file system consists
  81 of 4 megabytes of inodes followed by 146 megabytes of data.
  82 This organization segregates the inode information from the data;
  83 thus accessing a file normally incurs a long seek from the
  84 file's inode to its data.
  85 Files in a single directory are not typically allocated
  86 consecutive slots in the 4 megabytes of inodes,
  87 causing many non-consecutive blocks of inodes
  88 to be accessed when executing
  89 operations on the inodes of several files in a directory.
  90 .PP
  91 The allocation of data blocks to files is also suboptimum.
  92 The traditional
  93 file system never transfers more than 512 bytes per disk transaction
  94 and often finds that the next sequential data block is not on the same
  95 cylinder, forcing seeks between 512 byte transfers.
  96 The combination of the small block size,
  97 limited read-ahead in the system,
  98 and many seeks severely limits file system throughput.
  99 .PP
 100 The first work at Berkeley on the UNIX file system attempted to improve both
 101 reliability and throughput.
 102 The reliability was improved by staging modifications
 103 to critical file system information so that they could
 104 either be completed or repaired cleanly by a program
 105 after a crash [Kowalski78].
 106 The file system performance was improved by a factor of more than two by
 107 changing the basic block size from 512 to 1024 bytes.
 108 The increase was because of two factors:
 109 each disk transfer accessed twice as much data,
 110 and most files could be described without need to access
 111 indirect blocks since the direct blocks contained twice as much data.
 112 The file system with these changes will henceforth be referred to as the
 113 .I "old file system."
 114 .PP
 115 This performance improvement gave a strong indication that
 116 increasing the block size was a good method for improving
 117 throughput.
 118 Although the throughput had doubled,
 119 the old file system was still using only about
 120 four percent of the disk bandwidth.
 121 The main problem was that although the free list was initially
 122 ordered for optimal access,
 123 it quickly became scrambled as files were created and removed.
 124 Eventually the free list became entirely random,
 125 causing files to have their blocks allocated randomly over the disk.
 126 This forced a seek before every block access.
 127 Although old file systems provided transfer rates of up
 128 to 175 kilobytes per second when they were first created,
 129 this rate deteriorated to 30 kilobytes per second after a
 130 few weeks of moderate use because of this
 131 randomization of data block placement.
 132 There was no way of restoring the performance of an old file system
 133 except to dump, rebuild, and restore the file system.
 134 Another possibility, as suggested by [Maruyama76],
 135 would be to have a process that periodically
 136 reorganized the data on the disk to restore locality.
 137 .ds RH New file system
 138 .sp 2
 139 .ne 1i