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Mo, 8. Oktober 2012, 08:55

Software::Systemverwaltung

F2FS: Neues Flash-optimiertes Dateisystem für Linux

Entwickler von Samsung haben ein Log-strukturiertes Dateisystem vorgestellt, das für den Einsatz von Speichergeräten mit NAND-Flash optimiert ist.

Der Gebrauch von Geräten mit Flash-Speicherchips, insbesondere in der NAND-Flash-Technologie, steigt rapide an. Speichergeräte wie SSD, eMMC und SD-Karten kommen in einer Vielzahl von Systemen von kleinen Mobilgeräten bis zu Servern zum Einsatz. Die NAND-Speichertechnologie verhält sich allerdings grundsätzlich anders als konventionelle rotierende Festplatten. Während die traditionellen Linux-Dateisysteme mit Erfolg auf Flash-Geräten eingesetzt werden können, sind sie eigentlich für Festplatten entworfen, so dass sie auf Flash-Speichern ihr Potential nicht optimal nutzen können. Dateisysteme für Flash-Geräte wie JFFS2, YAFFS2 und Ubifs sind in vielen Mobilgeräten im Einsatz, aber sie sind dafür gedacht, mit Flash-Chips direkt zu arbeiten. Die meisten Geräte besitzen jedoch inzwischen einen Flash Translation Layer (FTL), daher sah Samsung Bedarf für ein neues Dateisystem, das dies mit berücksichtigt.

Das von Jaegeuk Kim und einigen Kollegen bei Samsung entwickelte F2FS ist nach Angaben seiner Schöpfer von Grund auf für Flash-Geräte entworfen. Das Dateisystem gehört zur Klasse der Log-strukturierten Dateisysteme, wobei sorgfältige Anpassungen an die Charakteristiken von NAND-Flash-Technologie vorgenommen wurden. Dabei wurden Erfahrungen aus der früheren Entwicklung von Log-strukturierten Dateisystemen, in erster Linie wohl dem wenig verwendeten Logfs von Linux, berücksichtigt. Insbesondere wollen die Entwickler den Schneeball-Effekt von wandernden Bäumen und den hohen Aufwand beim Aufräumen vermeiden.

NAND-Flash-Geräte können unterschiedliche Eigenschaften haben, je nach interner Geometrie und dem eingesetzten Flash-Verwaltungsschema (FTL). Um diesen gerecht zu werden, besitzt das neue Dateisystem mehrere Parameter, mit denen es sich optimal auf den jeweiligen Speicher einstellen lässt. Die Standardeinstellungen sind den Autoren zufolge aber gut genug für fast alle Anwendungsfälle.

Erste Kommentare von Kernel-Entwicklern waren grundsätzlich nicht ablehnend, schlugen aber bereits einige Verbesserungen vor. So wurde nachgefragt, warum das Dateisystem nur acht Zeichen für den Volume-Namen vorsieht, und warum 32-Bit-Zeitstempel statt 64 Bit verwendet werden. Außerdem wurde der Wunsch nach einer genaueren Beschreibung der NAND-spezifischen Optimierungen und nach Benchmark-Ergebnissen geäußert.

Jaegeuk Kim reagierte bereits auf alle Kommentare und Verbesserungsvorschläge und versprach eine schnelle Integration aller Änderungen. Er habe bereits Benchmark-Ergebnisse, aber er wolle, dass andere Entwickler unabhängig davon eigene Benchmarks durchführen. In einer späteren E-Mail nennt er allerdings einige iozone-Ergebnisse, die auf eine mehrfach höhere Geschwindigkeit beim Schreiben an wechselnde Stellen im Vergleich zu ext4 hinweisen. Bei anderen Operationen ist F2FS mit ext4 gleichauf. Weitere Details zu F2FS sollen in einer Präsentation auf dem Korea Linux Forum gegeben werden.

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