开发者推出为Plan 9设计的新文件系统gefs，已开放测试

最近我在开发一个名为 gefs 的新文件系统。它目前还不值得信赖，但已经可以用于测试。代码可以在这里找到： https://shithub.us/ori/gefs/HEAD/f.html Gefs 是为 Plan 9 构建的新文件系统。 它的目标是成为一个崩溃安全、能检测损坏、简单且支持快速快照的文件系统，优先级依次递减。 Gefs 通过在一组写时复制的 Bε 树之上构建传统的 9p 文件系统接口来实现这些目标。 它并不试图在各个方面都做到最优，但对日常使用来说足够好。 Gefs 提出了一个问题：如果我们停在一个简单、易于理解的写时复制文件系统上，然后说“这已经足够好了”，会发生什么？ 在不做出重大牺牲的情况下，我们能走多远？ 目前，Plan 9 有几个可用的通用磁盘文件系统。 它们都有一组共同的问题。 断电时，文件系统往往会损坏，需要手动恢复步骤。 静默的磁盘损坏不会被文件系统捕获，读取会静默返回错误的数据。 它们往往需要一块大且不可收缩的磁盘用于归档转储，并且当磁盘写满时表现很差。 此外，它们在进行文件查找时，都会在目录中进行 O(n) 扫描。 这在大型目录中会导致性能不佳。 Cwfs 是 9front 上的默认文件系统，已被证明性能良好且可靠，但不具备崩溃安全性。 虽然根文件系统可以从转储中恢复，但这很不方便，并且可能导致大量数据丢失。 它无法从转储中回收空间。 此外，由于年代久远，它背负了很多历史包袱和复杂性。 Hjfs 是 9front 中的一个新实验性系统，极其简单，代码行数比任何其他磁盘存储选项都少。 它有转储功能，但没有将转储存储与缓存存储分开，从而可以充分利用小磁盘。 然而，它极其缓慢，不具备崩溃安全性，并且缺乏一致性检查和恢复机制。 最后，fossil 是 9legacy 上的默认文件系统，庞大且复杂。 它使用软更新来实现崩溃安全性[7]，这种方法在 BSD 文件系统的实践中效果不佳[8]。 Fossil 由于其固有的复杂性，一直存在（并且现在仍然存在）死锁和崩溃的历史。 经常有报告称在使用 clone 等工具时出现死锁和崩溃[9]。 虽然这些 bug 可以在发现时修复，但简单性要求重新思考磁盘上的数据结构。 而且即使在增加了所有这些复杂性之后，fossil+venti 系统在磁盘写满时也无法回收空间。 Gefs 旨在解决这些文件系统的问题。 数据和元数据采用写时复制，并具有原子提交。 如果文件服务器在超级块更新之前崩溃，那么下一次挂载将看到最后一次同步到磁盘的提交。 可能会丢失一些数据，默认最多 5 秒的数据，但不会发生损坏。 此外，由于使用了索引数据结构，目录不会遭受 O(n) 查找的问题，解决了大型目录长期存在的性能问题。 虽然快照有助于保持数据一致性，但磁盘往往会随着时间的推移而出现故障。 为了检测损坏并允许空间回收，块指针是 64 位值的三元组： 块地址、块哈希以及它们诞生时的代数。 如果底层存储介质返回了损坏的数据，这可以通过块哈希检测到。 损坏会被报告，然后可以通过备份、RAID 恢复或其他方式恢复损坏的数据。 最终目标是让 gefs 实现自愈。 归档转储被快照所取代。 快照可以随时删除，从而允许快照内的数据被回收再利用。 为了实现这一点，除了地址和哈希之外，每个块指针还包含一个诞生代数。 块的回收使用受 ZFS 启发的 deadlist 算法。 最后，整个文件系统基于一个相对新颖的数据结构。 这种数据结构被称为 Bε 树 [1]。 它是 B+ 树的一种写优化变体，与写时复制语义配合得特别好。 这使得 gefs 能够大大减少传统写时复制 B 树中出现的写放大。 额外的好处是，它用更少的复杂性解决了这些问题。 通过选择合适的数据结构，文件系统其他地方的大量复杂性就消失了。 核心数据结构的复杂性带来了回报。 能够在 Bε 树中原子地更新多个属性，使核心数据结构无需锁即可安全遍历，以及拥有一组简单、统一的操作，使其他一切变得更简单。 因此，gefs 的总源代码目前为 8737 行，而 CWFS 为 15634 行，fossil/venti 系统为 27762 行（fossil 为 20429 行，Venti 另有 7333 行）。 Gefs 使用的核心数据结构是 Bε 树。 Bε 树是 B+ 树的一种改进，通过在枢轴节点中添加写缓冲区来优化写入。 与 B 树一样，Bε 树由包含键和值的叶子节点以及枢轴节点组成。 与 B 树一样，枢轴节点包含指向其子节点的指针，子节点可以是枢轴节点或叶子节点。 与 B 树不同的是，枢轴节点还包含一个写缓冲区。 Bε 树实现了一个简单的键值 API，支持点查询和范围扫描。 它通过增加 upsert 操作，与传统的 B 树键值存储有所不同。 Upsert 操作是将修改消息插入树中的操作。 这些修改是针对某个键的。 要插入到树中，根节点被复制，新消息被插入到其写缓冲区中。 当写缓冲区满时，它会被检查，并统计指向每个子节点的消息数量。 待处理写入数量最多的子节点被选为牺牲者，然后

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）