Одна из главнейших задач при работе на компьютере — манипулирование данными: создание, модификация, копирование, перемещёние и так далее. И тут первое — это организация их размещёния. Это понятие включает в себя широкий круг частных вопросов — схемы дисковой разметки, управления дисковыми массивами и логическими томами, файловые системы и их монтирование в файловую иерархию. Они тесно связаны между собой, но традиционно решаются каждая с помощью собственного инструментария.

Однако в последние годы в Linux’е получили распространение интегрированные системы размещёния данных, объединяющие в себе и файловые системы, и задачи управления массивами и томами, и даже, частично, задачи разметки дисков. Такие системы существовали очень давно — со времен доисторического UNIX’а, но были они проприетарными. ZFS же, разработанная фирмой Sun для своей ОС Solaris, ныне распространяется свободно, под лицензией CDDL. Благодаря чему была портирована на FreeBSD, а в последние годы нативно поддерживается и в Linux’е.

Именно ZFS on Linux и будет героиней нашего романа, и не только в силу своих несравненных достоинств. А во-вторых, развитие проекта ZFS on Linux блестяще демонстрирует торжество инженерного разума над юридической заумью. И потому являет собой просто замечательный литературный сюжет, мимо которого не в силах пройти ни один сочинитель в жанре технологической новеллы. И начать этот сюжет надо издалека.

Говорят, что во времена далекие, теперь почти былинные, файловых систем не было: информация на носители записывалась побитно, без всякой организации в именованные её наборы. Впрочем, такой способ записи данных применялся и много позднее — например, при резервном копировании на стриммерные ленты. Можно обходиться без файловых систем и при записи на стандартные блочные устройства — винчестеры, SSD, компакт-диски.

Однако в большинстве случаев данные на носителях блочного типа организуются в виде файлов, а файлы объединяются в файловые системы — плоские, как в древнем DOS’е, древовидные, как во всех UNIX-подобных операционках, или, так сказать, «многодревные», как в Windows. Каковые могут быть созданы непосредственно на носителе как raw-устройстве, но обычно накладываются на дисковые разделы.

Исторически сложилось так, что одному разделу соответствовала одна файловая система. Соответственно, и выходить за границы несущего их устройства файловые системы не могли. И если требовалось работать более чем с одной файловой системой на одном физическом накопителе (а в UNIX-подобных ОС это почти всегда так), то был необходим тщательный расчет дискового пространства для каждой из них: ошибки в расчётах влекли весьма неприятные последствия, вплоть до необходимости переразбиения диска и переустановки ОС вообще.

Правда, дисковые разделы могут не только разделяться, но и объединяться в программные массивы или в группы томов, о которых говорилось в предыдущих очерках.

Как известно ещё с советских атеистических времен, Господь Бог, создавая человека, хотел сделать его умным, честным и партийным. Но оказалось, что даже он, при всём своём всемогуществе, не смог ему дать больше двух качеств вместе.

Аналогично и с файловыми системами: разработчики хотели бы видеть их быстрыми, надежными и простыми в обращении. Давайте посмотрим, удалось ли им превзойти Господа.

В UNIX-подобных системах требование быстродействия удовлетворяется, во-первых, оптимизированным расположением каталогов, метаданных и данных файлов на физических носителях. Но во-вторых и главных — кэшированием записи.

Думаю, каждого, кто начинал знакомство с Linux’ом во времена безраздельного господства файловой системы ext2fs, поражала быстрота выполнения всех файловых операций, обусловленная их асинхронностью — то есть кэшированием данных и метаданных. Оборотная сторона медали — отказ системы по любой причине влёк за собой тяжкие последствия, вплоть до полного ее разрушения. Но и даже когда до полной катастрофы дело не доходило, отказы (например, по питанию) вызывали за собой долгую и нудную процедуру проверки целостности файловой системы.

Были разработаны различные механизмы решения этой проблемы. Однако основным в Linux стало так называемое журналирование, когда сведения о файловых операциях записываются в специальный файл журнала до того, как эти операции будут фактически выполнены. Это дает возможность после любого сбоя «откатить» файловую систему до последнего непротиворечивого состояния. Оборотной стороной чего, как обычно, является снижение быстродействия — различное для отдельных файловых систем и видов файловых операций.