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

   1 .\"     $NetBSD: 2.t,v 1.2 1998/01/09 06:55:30 perry Exp $
   2 .\"
   3 .\" Copyright (c) 1986, 1993
   4 .\"     The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   5 .\"
   6 .\" Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7 .\" modification, are permitted provided that the following conditions
   8 .\" are met:
   9 .\" 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11 .\" 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12 .\"    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13 .\"    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14 .\" 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  15 .\"    may be used to endorse or promote products derived from this software
  16 .\"    without specific prior written permission.
  17 .\"
  18 .\" THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  19 .\" ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  20 .\" IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  21 .\" ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  22 .\" FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  23 .\" DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  24 .\" OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  25 .\" HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  26 .\" LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  27 .\" OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  28 .\" SUCH DAMAGE.
  29 .\"
  30 .\"     @(#)2.t 8.1 (Berkeley) 6/8/93
  31 .\"
  32 .ds RH Old file system
  33 .NH
  34 Old File System
  35 .PP
  36 In the file system developed at Bell Laboratories
  37 (the ``traditional'' file system),
  38 each disk drive is divided into one or more
  39 partitions.  Each of these disk partitions may contain
  40 one file system.  A file system never spans multiple
  41 partitions.\(dg
  42 .FS
  43 \(dg By ``partition'' here we refer to the subdivision of
  44 physical space on a disk drive.  In the traditional file
  45 system, as in the new file system, file systems are really
  46 located in logical disk partitions that may overlap.  This
  47 overlapping is made available, for example,
  48 to allow programs to copy entire disk drives containing multiple
  49 file systems.
  50 .FE
  51 A file system is described by its super-block,
  52 which contains the basic parameters of the file system.
  53 These include the number of data blocks in the file system,
  54 a count of the maximum number of files,
  55 and a pointer to the \fIfree list\fP, a linked
  56 list of all the free blocks in the file system.
  57 .PP
  58 Within the file system are files.
  59 Certain files are distinguished as directories and contain
  60 pointers to files that may themselves be directories.
  61 Every file has a descriptor associated with it called an
  62 .I "inode".
  63 An inode contains information describing ownership of the file,
  64 time stamps marking last modification and access times for the file,
  65 and an array of indices that point to the data blocks for the file.
  66 For the purposes of this section, we assume that the first 8 blocks
  67 of the file are directly referenced by values stored
  68 in an inode itself*.
  69 .FS
  70 * The actual number may vary from system to system, but is usually in
  71 the range 5-13.
  72 .FE
  73 An inode may also contain references to indirect blocks
  74 containing further data block indices.
  75 In a file system with a 512 byte block size, a singly indirect
  76 block contains 128 further block addresses,
  77 a doubly indirect block contains 128 addresses of further singly indirect
  78 blocks,
  79 and a triply indirect block contains 128 addresses of further doubly indirect
  80 blocks.
  81 .PP
  82 A 150 megabyte traditional UNIX file system consists
  83 of 4 megabytes of inodes followed by 146 megabytes of data.
  84 This organization segregates the inode information from the data;
  85 thus accessing a file normally incurs a long seek from the
  86 file's inode to its data.
  87 Files in a single directory are not typically allocated
  88 consecutive slots in the 4 megabytes of inodes,
  89 causing many non-consecutive blocks of inodes
  90 to be accessed when executing
  91 operations on the inodes of several files in a directory.
  92 .PP
  93 The allocation of data blocks to files is also suboptimum.
  94 The traditional
  95 file system never transfers more than 512 bytes per disk transaction
  96 and often finds that the next sequential data block is not on the same
  97 cylinder, forcing seeks between 512 byte transfers.
  98 The combination of the small block size,
  99 limited read-ahead in the system,
 100 and many seeks severely limits file system throughput.
 101 .PP
 102 The first work at Berkeley on the UNIX file system attempted to improve both
 103 reliability and throughput.
 104 The reliability was improved by staging modifications
 105 to critical file system information so that they could
 106 either be completed or repaired cleanly by a program
 107 after a crash [Kowalski78].
 108 The file system performance was improved by a factor of more than two by
 109 changing the basic block size from 512 to 1024 bytes.
 110 The increase was because of two factors:
 111 each disk transfer accessed twice as much data,
 112 and most files could be described without need to access
 113 indirect blocks since the direct blocks contained twice as much data.
 114 The file system with these changes will henceforth be referred to as the
 115 .I "old file system."
 116 .PP
 117 This performance improvement gave a strong indication that
 118 increasing the block size was a good method for improving
 119 throughput.
 120 Although the throughput had doubled,
 121 the old file system was still using only about
 122 four percent of the disk bandwidth.
 123 The main problem was that although the free list was initially
 124 ordered for optimal access,
 125 it quickly became scrambled as files were created and removed.
 126 Eventually the free list became entirely random,
 127 causing files to have their blocks allocated randomly over the disk.
 128 This forced a seek before every block access.
 129 Although old file systems provided transfer rates of up
 130 to 175 kilobytes per second when they were first created,
 131 this rate deteriorated to 30 kilobytes per second after a
 132 few weeks of moderate use because of this
 133 randomization of data block placement.
 134 There was no way of restoring the performance of an old file system
 135 except to dump, rebuild, and restore the file system.
 136 Another possibility, as suggested by [Maruyama76],
 137 would be to have a process that periodically
 138 reorganized the data on the disk to restore locality.
 139 .ds RH New file system
 140 .sp 2
 141 .ne 1i