XFS

O XFS é um sistema de arquivos inicialmente desenvolvido pela Silicon Graphics, Inc. para o seu sistema operacional IRIX. Posteriormente teve seu código fonte liberado e foi adaptado para funcionar no Linux.

História

A SGI usava, no seu sistema operacional IRIX, o sistema de arquivos EFS (Extent File System), o qual era baseado no FFS (Fast File System) de Berkeley (criado por Marshall McKusick [McKusick, 2004]). O EFS usava alocação por extensões, em vez da alocação por blocos do FFS.

As principais limitações do EFS eram: limite de 8 GB para o volume, arquivos com tamanho máximo de 2 GB, taxa de transferência menor que a disponibilizada pelo hardware. Isso no início da década de 1990. Assim, o XFS foi projetado para substituir o EFS, visando escalabilidade e suporte a arquivos grandes. [SWEENEY et al, 1996]

Em outubro de 1993 foram publicados alguns artigos descrevendo o projeto para um novo sistema de arquivos [ANDERSON et al, 1993; DOUCETTE, 1993] — o nome do projeto era xFS. O XFS foi disponibilizado em dezembro de 1994 no IRIX 5.3 [ELLIS e RAITHEL, 1994].

Em outubro de 1999, no 3rd annual Atlanta Linux Showcase, Mostek et al apresentaram um trabalho mostrando como adaptar o XFS para o Linux [MOSTEK, 1999]. Em maio de 2001 foi lançada a versão 1.0 para Linux, por meio de patches. Finalmente, foi incorporado ao Linux 2.4.25, em fevereiro de 2004.

Principais características

• O XFS é um sistema de arquivos desenvolvido em 64 bits, compatível com sistemas de 32 bits. Em plataformas de 64 bits, possui um limite de tamanho de 8 EB para um volume e para cada arquivo; em 32 bits, usando moldura de página de 4 KB, o tamanho máximo do volume ou de um arquivo é limitado a 16 TB .
• Efetua alocação por extensões (v. abaixo) em vez de alocação por blocos.
• Usa alocação dinâmica de nós-i.
• É um sistema de arquivos com journaling.

Estrutura

A descrição será baseada no texto de Naujok [2006]. Algumas particularidades atuais referem-se à implementação para Linux, pois a última versão do Irix é de 2006 .

O tamanho do bloco deve ser menor ou igual ao tamanho da moldura de página; portanto pode ser de 512, 1.024, 2.048 ou 4.096 bytes (x86, x86-64), até 8.192 bytes (várias arquiteturas RISC), ou até 16.384 bytes (IA-64 — Itanium). Não utiliza mapa de bits para gerenciamento de blocos e nós-i.

Um volume XFS é dividido em grupos de alocação (AG: Allocation Group), que são conjuntos de blocos (análogos aos grupos de blocos do Ext3 e grupos de cilindros do UFS1), cujo tamanho varia entre 16 MiB e 1 TiB. Por padrão são criados 8 grupos, exceto quando o tamanho da partição é maior que 8 GiB. A quantidade pode ser definida manualmente na formatação. Cada AG contém o superbloco (único, o superbloco em cada AG subseqüente é cópia do primeiro), os nós-i e informações dos blocos referentes ao próprio grupo.

Um nó-i tem um tamanho padrão de 256 bytes, podendo chegar a 2.048 bytes, desde que não exceda o tamanho do bloco. Os nós-i são criados dinamicamente, em grupos (chunks) de 64. Uma estrutura em árvore balanceada (B-tree) é usada para gerenciar esses grupos. Um nó-i é dividido em 3 partes: (i) o núcleo (core); (ii) área de dados (data fork); (ii) atributos estendidos (extended attribute fork).

O núcleo, cujo tamanho é 96 bytes, contém as seguintes informações, dentre outras: permissões e tipo do arquivo; dono (UID) e grupo (GID); número de referências (nlink, análogo ao hard link); tempos (atime, ctime, mtime); tamanho do arquivo, em bytes; número de extensões.

A área de dados, quando o arquivo é regular, contém: (i) ponteiros para as extensões (no máximo 19, para nós-i de 256 bytes e sem o uso de atributos estendidos); ou (ii) ponteiro(s) para lista(s) de extensões (em árvores balanceadas). Neste caso, o ponteiro pode ser para um árvore em 2 níveis, onde o primeiro nível aponta para outra árvore, que finalmente irá conter os ponteiros para as extensões do arquivo. Cada árvore pode apontar para até 254 extensões.

A alocação é feita por extensões (extents), que são agrupamentos de blocos contíguos; cada extensão pode ter até 8 GiB, quando o tamanho do bloco é de 4 KiB (a estrutura que usa a extensão reserva 21 bits para o tamanho da extensão em blocos). Para cada AG são mantidas duas estruturas em árvore balanceada para gerenciar os blocos: uma ordenada (decrescentemente) pelo tamanho de cada extensão; outra pelo endereço do bloco inicial de cada extensão.

Possui journaling de metadados e um extenso conjunto de ferramentas para manutenção, otimização e recuperação de dados e metadados. Não possui ferramenta para recuperar arquivos apagados.

Referências

ANDERSON, Curtis et al. xFS project architecture. Silicon Graphics, Inc. 1993. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/design_docs/xfsdocs93_pdf/>. Acesso em 04 mar. 2009.

DOUCETTE, Doug. xFS project description. Silicon Graphics, Inc. 1993. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/design_docs/xfsdocs93_pdf/>. Acesso em 04 mar. 2009.

ELLIS, Susan; RAITHEL, John. Getting started with XFS filesystems. Silicon Graphics, Inc. 1994. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/papers/getting_started_with_xfs.pdf>. Acesso em 06 jun. 2006.

MOSTEK, Jim et al. Porting SGI XFS file system to Linux. Apresentado no 3rd annual Atlanta Linux Showcase -- 1999. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/papers/als/als.pdf>. Acesso em 24 maio 2006.

NAUJOK, Barry. XFS filesystem structure. 2.ed. rev.2. Silicon Graphics, Inc. 2006. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/publications.html>. Acesso em 03 out. 2007.

SWEENEY, Adam et al. Scalability in the XFS file system. Proceedings of the USENIX 1996 annual technical conference. San Diego. 1996. Disponível em <http://oss.sgi.com/projects/xfs/papers/xfs_usenix/index.html>. Acesso em 03 out. 2007.