Performance Issue: UFS(Unix File System) => FFS(Fast File System)

reference: https://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/, 시스템 프로그래밍, 운영체제 수업(최종무 교수님)

UFS(Unix File System)

Layout

• Boot Sector: 시스템이 처음 작동할 때 부팅 과정에서 필요한 정보들
• Super Block: metadata for FS(FS 전체를 관리), 파일 시스템의 크기, 아이노드의 갯수, 아이노드 위치 등..
• Bitmap / Inode / User data

pros(+): Simpla and easy-to-use

cons(-): long seek time, multiple I/O per a write

UFS 성능 저하 이유

1) inode와 user data가 다른 트랙에 존재할 확률이 크다.
2) 시간이 지날수록 외부 단편화가 증가한다.
=> Seek Time 증가
multiple I/O and inode 블록과 user data 블록의 트랙 차이 => Seek Time 증가

UFS의 성능 이슈 해결 => FFS(Fast File System)

(아이디어)

• 아이노드와 데이터 블록을 가까운 위치에 놓는다.(Disk-awareness)
  => Data in the same cylinder(같은 트랙 집합) -> no seek distance(or closer cylinder -> less seek distance)
• 실린더들을 하나의 그룹으로 묶고, 하나의 파일의 content(inode and data blocks)를 같은 실린더 그룹에 넣는다.
  

(FFS in Detail)

• 파일 시스템이 설치될 파티션(또는 디스크)는 실린더 그룹들로 나뉨(참고로 ext2의 경우 block group이라 칭함).

• 하나의 실린더 그룹의 구조

  • Superblock(duplication for reliability)
  • per group bitmap, inode, and data blocks

• Management

  • 하나의 파일의 inode와 데이터 블록들을 같은 실린더 그룹에 할당.
    
    (FFS's Layout) 하나의 파티션에 FFS 생성.
    
    

  FFS's Allocation issue

• Rule A. Directory: 디렉터리 하위에 최대한 많은 파일들이 생성되게끔 한다. -> to balance directories across groups(fairness)
  -> load-balancing을 위해 각 그룹마다 디렉터리 갯수를 균등하게 할당한다.

• Rule B. File: (1)해당 파일이 속한 디렉터리와 같은 실린더 그룹에 파일을 할당한다. (2) 파일의 아이노드와 데이터 블록들을 같은 실린더 그룹에 할당한다. -> to allocate inode, data blocks and directory as close as possinble
  -> "name space locality"를 활용

• How to handle a large file for allocation in FFS? => Rule C
  : 하나의 파일 데이터가 하나의 실린더 그룹을 독점할 수 있음. 이럴경우 디렉터리 내 다른 파일에 대해 name space locality를 활용할 수 없음.
  : (해결) 한정된 블록을 할당한다(a limited number of blocks, called as chunks). 남은 데이터들은 다른 실린더 그룹의 청크에 할당한다.
  : pros: locality among files / cons: locality in a file

FFS의 다른 특징들

1. UFS의 디스크 블록 크기: 512B => FFS의 디스크 블록 크기: 4KB(대부분의 FS의 블록 사이즈는 4KB)

   (블록 크기 증가)
   
   pros: Less seek and more transfer -> higher bandwidth
   cons: 내부 단편화(internal fragment) 증가 <- (해결채) sub-blocks (fragment) allocation

2. Symbolic link 처음 도입

3. atomic rename(), long file name, ...