Documentation/filesystems/nilfs2.txt

   1 NILFS2
   2 ------
   3
   4 NILFS2 is a log-structured file system (LFS) supporting continuous
   5 snapshotting.  In addition to versioning capability of the entire file
   6 system, users can even restore files mistakenly overwritten or
   7 destroyed just a few seconds ago.  Since NILFS2 can keep consistency
   8 like conventional LFS, it achieves quick recovery after system
   9 crashes.
  10
  11 NILFS2 creates a number of checkpoints every few seconds or per
  12 synchronous write basis (unless there is no change).  Users can select
  13 significant versions among continuously created checkpoints, and can
  14 change them into snapshots which will be preserved until they are
  15 changed back to checkpoints.
  16
  17 There is no limit on the number of snapshots until the volume gets
  18 full.  Each snapshot is mountable as a read-only file system
  19 concurrently with its writable mount, and this feature is convenient
  20 for online backup.
  21
  22 The userland tools are included in nilfs-utils package, which is
  23 available from the following download page.  At least "mkfs.nilfs2",
  24 "mount.nilfs2", "umount.nilfs2", and "nilfs_cleanerd" (so called
  25 cleaner or garbage collector) are required.  Details on the tools are
  26 described in the man pages included in the package.
  27
  28 Project web page:    http://www.nilfs.org/en/
  29 Download page:       http://www.nilfs.org/en/download.html
  30 Git tree web page:   http://www.nilfs.org/git/
  31 List info:           http://vger.kernel.org/vger-lists.html#linux-nilfs
  32
  33 Caveats
  34 =======
  35
  36 Features which NILFS2 does not support yet:
  37
  38         - atime
  39         - extended attributes
  40         - POSIX ACLs
  41         - quotas
  42         - fsck
  43         - resize
  44         - defragmentation
  45
  46 Mount options
  47 =============
  48
  49 NILFS2 supports the following mount options:
  50 (*) == default
  51
  52 nobarrier               Disables barriers.
  53 errors=continue(*)      Keep going on a filesystem error.
  54 errors=remount-ro       Remount the filesystem read-only on an error.
  55 errors=panic            Panic and halt the machine if an error occurs.
  56 cp=n                    Specify the checkpoint-number of the snapshot to be
  57                         mounted.  Checkpoints and snapshots are listed by lscp
  58                         user command.  Only the checkpoints marked as snapshot
  59                         are mountable with this option.  Snapshot is read-only,
  60                         so a read-only mount option must be specified together.
  61 order=relaxed(*)        Apply relaxed order semantics that allows modified data
  62                         blocks to be written to disk without making a
  63                         checkpoint if no metadata update is going.  This mode
  64                         is equivalent to the ordered data mode of the ext3
  65                         filesystem except for the updates on data blocks still
  66                         conserve atomicity.  This will improve synchronous
  67                         write performance for overwriting.
  68 order=strict            Apply strict in-order semantics that preserves sequence
  69                         of all file operations including overwriting of data
  70                         blocks.  That means, it is guaranteed that no
  71                         overtaking of events occurs in the recovered file
  72                         system after a crash.
  73 norecovery              Disable recovery of the filesystem on mount.
  74                         This disables every write access on the device for
  75                         read-only mounts or snapshots.  This option will fail
  76                         for r/w mounts on an unclean volume.
  77
  78 NILFS2 usage
  79 ============
  80
  81 To use nilfs2 as a local file system, simply:
  82
  83  # mkfs -t nilfs2 /dev/block_device
  84  # mount -t nilfs2 /dev/block_device /dir
  85
  86 This will also invoke the cleaner through the mount helper program
  87 (mount.nilfs2).
  88
  89 Checkpoints and snapshots are managed by the following commands.
  90 Their manpages are included in the nilfs-utils package above.
  91
  92   lscp     list checkpoints or snapshots.
  93   mkcp     make a checkpoint or a snapshot.
  94   chcp     change an existing checkpoint to a snapshot or vice versa.
  95   rmcp     invalidate specified checkpoint(s).
  96
  97 To mount a snapshot,
  98
  99  # mount -t nilfs2 -r -o cp=<cno> /dev/block_device /snap_dir
 100
 101 where <cno> is the checkpoint number of the snapshot.
 102
 103 To unmount the NILFS2 mount point or snapshot, simply:
 104
 105  # umount /dir
 106
 107 Then, the cleaner daemon is automatically shut down by the umount
 108 helper program (umount.nilfs2).
 109
 110 Disk format
 111 ===========
 112
 113 A nilfs2 volume is equally divided into a number of segments except
 114 for the super block (SB) and segment #0.  A segment is the container
 115 of logs.  Each log is composed of summary information blocks, payload
 116 blocks, and an optional super root block (SR):
 117
 118    ______________________________________________________
 119   | |SB| | Segment | Segment | Segment | ... | Segment | |
 120   |_|__|_|____0____|____1____|____2____|_____|____N____|_|
 121   0 +1K +4K       +8M       +16M      +24M  +(8MB x N)
 122        .             .            (Typical offsets for 4KB-block)
 123     .                  .
 124   .______________________.
 125   | log | log |... | log |
 126   |__1__|__2__|____|__m__|
 127         .       .
 128       .               .
 129     .                       .
 130   .______________________________.
 131   | Summary | Payload blocks  |SR|
 132   |_blocks__|_________________|__|
 133
 134 The payload blocks are organized per file, and each file consists of
 135 data blocks and B-tree node blocks:
 136
 137     |<---       File-A        --->|<---       File-B        --->|
 138    _______________________________________________________________
 139     | Data blocks | B-tree blocks | Data blocks | B-tree blocks | ...
 140    _|_____________|_______________|_____________|_______________|_
 141
 142
 143 Since only the modified blocks are written in the log, it may have
 144 files without data blocks or B-tree node blocks.
 145
 146 The organization of the blocks is recorded in the summary information
 147 blocks, which contains a header structure (nilfs_segment_summary), per
 148 file structures (nilfs_finfo), and per block structures (nilfs_binfo):
 149
 150   _________________________________________________________________________
 151  | Summary | finfo | binfo | ... | binfo | finfo | binfo | ... | binfo |...
 152  |_blocks__|___A___|_(A,1)_|_____|(A,Na)_|___B___|_(B,1)_|_____|(B,Nb)_|___
 153
 154
 155 The logs include regular files, directory files, symbolic link files
 156 and several meta data files.  The mata data files are the files used
 157 to maintain file system meta data.  The current version of NILFS2 uses
 158 the following meta data files:
 159
 160  1) Inode file (ifile)             -- Stores on-disk inodes
 161  2) Checkpoint file (cpfile)       -- Stores checkpoints
 162  3) Segment usage file (sufile)    -- Stores allocation state of segments
 163  4) Data address translation file  -- Maps virtual block numbers to usual
 164     (DAT)                             block numbers.  This file serves to
 165                                       make on-disk blocks relocatable.
 166
 167 The following figure shows a typical organization of the logs:
 168
 169   _________________________________________________________________________
 170  | Summary | regular file | file  | ... | ifile | cpfile | sufile | DAT |SR|
 171  |_blocks__|_or_directory_|_______|_____|_______|________|________|_____|__|
 172
 173
 174 To stride over segment boundaries, this sequence of files may be split
 175 into multiple logs.  The sequence of logs that should be treated as
 176 logically one log, is delimited with flags marked in the segment
 177 summary.  The recovery code of nilfs2 looks this boundary information
 178 to ensure atomicity of updates.
 179
 180 The super root block is inserted for every checkpoints.  It includes
 181 three special inodes, inodes for the DAT, cpfile, and sufile.  Inodes
 182 of regular files, directories, symlinks and other special files, are
 183 included in the ifile.  The inode of ifile itself is included in the
 184 corresponding checkpoint entry in the cpfile.  Thus, the hierarchy
 185 among NILFS2 files can be depicted as follows:
 186
 187   Super block (SB)
 188        |
 189        v
 190   Super root block (the latest cno=xx)
 191        |-- DAT
 192        |-- sufile
 193        `-- cpfile
 194               |-- ifile (cno=c1)
 195               |-- ifile (cno=c2) ---- file (ino=i1)
 196               :        :          |-- file (ino=i2)
 197               `-- ifile (cno=xx)  |-- file (ino=i3)
 198                                   :        :
 199                                   `-- file (ino=yy)
 200                                     ( regular file, directory, or symlink )
 201
 202 For detail on the format of each file, please see include/linux/nilfs2_fs.h.