Os sistemas de arquivos são essenciais para o armazenamento e organização de dados em nossas dinâmicas de vidas atuais, onde temos cada vez mais maiores necessidades de armazenamento de dados. Um desses sistemas de arquivos que ganhou bastante popularidade nos últimos anos é o sistema de arquivos XFS. Este nosso artigo irá explorar o que é o sistema de arquivos XFS, sua definição, funcionamento e os recursos que o tornam tão único.
Índice:
O que é o sistema de arquivos XFS?
O XFS é um sistema de arquivos de alto desempenho originalmente desenvolvido pela Silicon Graphics para seu sistema operacional próprio, o IRIX. Desde então, ele foi transportado para uso em vários outros sistemas operacionais, incluindo no Linux, e se tornou uma escolha popular dos usuários na hora de escolher entre sistemas de armazenamento de ponta. Ainda que o sistema não seja amplamente utilizado enquanto sistema de arquivos, o XFS é particularmente popular em distribuições realizadas pela Red Hat. O XFS é comumente encontrado em dispositivos NAS que são produzidos por fornecedores tipo o NetGear, o LaCie e o TeraStation.
O XFS ganhou popularidade quando foi introduzido porque ele tinha a capacidade de gerenciar com eficiência dispositivos de maior capacidade e organizar rapidamente grandes quantidades de dados. Esse sistema usa uma arquitetura baseada em log para garantir a consistência do sistema de arquivos em caso de travamento do sistema ou em falta de energia. Quaisquer alterações no sistema de arquivos são primeiro gravadas em um log antes de serem gravadas no sistema de arquivos real.
Em caso de uma falha ou de uma queda de energia, o sistema de arquivos pode ser restaurado de forma rápida e fácil para um estado anterior coeso, por meio da reprodução do que foi gravado no log. À medida que o volume de dados processados cada vez mais crescia, outros sistemas de arquivos lutavam para lidar com os metadados em expansão. No entanto, o sistema XFS era capaz de gerenciar com eficiência os metadados expansivos, o que levou à adoção de muitas características do sistema XFS aos sistemas de arquivos atuais.
Características do sistema de arquivos XFS
O sistema de arquivos XFS tem várias características notáveis, algumas das quais iremos discutir logo abaixo:
- Armazenamento de arquivo MultCloudHuge: este recurso tornava o XFS capaz de suportar o armazenamento de arquivos muito grandes enormes. Esse conjunto também era capaz de lidar com metadados de sistema de arquivos em formato de balão sem afetar o desempenho.
- Acesso MultCloudFile: Já com este recurso, independentemente do tamanho ou número do arquivo, os usuários são capazes de acessar seus arquivos de forma rápida e sem nenhum esforço. Isso é devido à capacidade do sistema de arquivos de suportar técnica de árvore balanceada em B. Este tipo de sistema permite alocar espaço em disco rapidamente. Além disso, também tornou mais fácil para o sistema de arquivos localizar cada um dos arquivos no disco.
- MultCloudScalability: Com este recurso, o XFS é capaz de lidar com sistemas de arquivos extremamente grandes e suporta arquivos de até 8 exabytes. Ele também fornece um sistema de alocação dinâmica de inode, o que acaba por permitir o uso mais eficiente do espaço de armazenamento e o torna altamente escalável.
- Alocação MultCloudDelayed: Uma das características mais surpreendentes do sistema de arquivos XFS é o uso de alocação atrasada. É um recurso que ajuda a reduzir a fragmentação de arquivos atrasando a alocação de espaço em disco até que seja necessário. Essa técnica ajuda a melhorar o desempenho geral do sistema de arquivos e a reduzir a fragmentação do disco.
Vantagens e Desvantagens relacionadas ao uso do XFS
O XFS é um sistema de arquivos de alto desempenho, escalonável e confiável que fornece recursos avançados para aplicativos de nível empresarial. Embora o seu uso possa trazer muitas vantagens, também existem algumas desvantagens em potencial. Abaixo, nós elencamos os principais pontos positivos e negativos relacionados ao uso do XFS:
Pontos positivos
Redução na fragmentação e na dispersão de arquivos O XFS faz todos os esforços possíveis para manter os arquivos o mais próximos possível. Também é capaz de distribuir faixas livres de blocos adjacentes com muita eficiência, graças ao conjunto de extensões, e das árvores B+ simplificam a busca por extensões livres. Caso haja "buracos" em um arquivo, o XFS vai ignor esses "buracos", em vez de desperdiçar espaço de armazenamento em blocos vazios.
O XFS também possui suporte para vários dispositivos de armazenamento e possui gerenciamento de volume. Durante a criação de um sistema de arquivos para uma matriz de disco distribuído, o tamanho de cada unidade de distribuição e o número de unidades por distribuição podem ser especificados. O XFS usa essas informações para armazenar dados seguindo as especificações de armazenamento, melhorando assim o desempenho.
Ademais, ele foi projetado para fornecer acesso paralelo. Como dito anteriormente, o XFS divide o espaço de armazenamento em grupos de alocação autônomos. Cada grupo de alocação age quase como um sistema de arquivos independente, controlando seu uso de espaço e gravando seus metadados. Como resultado, esses grupos de alocação podem ser endereçados simultaneamente pelo kernel e múltiplos processos paralelos não afetam o desempenho do XFS.
O XFS usa um diário de metadados para ajudar na recuperação após travamentos do sistema ou falta de energia. Se os dados do usuário forem perdidos, há uma boa probabilidade de que eles possam ser recuperados usando ferramentas externas de recuperação de dados.
Pontos negativos
O XFS não usa somas de verificação. Por consequência, não é capaz de garantir que os dados nele contidos estejam sempre intactos. Alguns arquivos podem ser corrompidos silenciosamente e os bits danificados só podem ser notados quando já é tarde demais, resultando em uma perda significativa de dados.
Ao contrário de suas estruturas internas, o XFS não registra nenhuma modificação nos dados do usuário. O que, por sua vez, se houver um um desligamento inesperado do sistema operacional pode acabar resultando na perda de informações de arquivos recém-criados ou atualizados. Por outro lado, não também não existe a opção para desativar completamente o registro no diário, o que pode reduzir a vida útil dos dispositivos em estado sólido.
Além disso, esse sistema de arquivos também não é capaz de compatibilidade generalizada. Como os sistemas operacionais como Windows e macOS não têm suporte nativo para XFS, isso pode ser um problema caso seja necessário usar um dispositivo externo ou um sistema de inicialização dupla.
Estrutura Básica do Sistema de Arquivos XFS
O XFS é organizado de maneira orientada à extensão. Em vez de dividir seu espaço em blocos discretos, ele o divide em unidades contíguas de comprimentos variados, popurlamente conhecidas como extensões. Além disso, o XFS se esforça para manter seu número o mais baixo possível e tenta mesclar as extensões à medida que o arquivo cresce.
O sistema de arquivos do XFS pode ser separado em três partes diferentes:
- Seção de dados
A porção de dados compreende os metadados do sistema de arquivos, bem como dados de arquivo do usuário. Seu espaço de armazenamento é particionado ainda mais em grupos de alocação iguais. Um grupo de alocação pode ter desde 16 MB de armazenamento até 1 TB de armazenamento. Além disso, cada grupo de alocação tem total autonomia sobre o uso do espaço dentro de seus limites. Consequentemente, os processos simultâneos podem conduzir a uma alocação no sistema de arquivos de forma paralela, sem um interferir no processo do outro.
Um mecanismo semelhante é usado para manter o controle das extensões do arquivo. Além de seu endereço e comprimento em blocos, o descritor de cada extensão também compreende o deslocamento lógico desde o início do arquivo e um sinalizador que identifica se uma extensão foi pré-alocada, mas ainda não gravada.
Os descritores de extensão geralmente são registrados como uma matriz linear incorporada no inode do arquivo. Porém, se o número de extensões for muito grande, elas são indexadas usando outra árvore B+, cuja raiz está localizada no inode do arquivo.
Para aumentar o desempenho de gravação e evitar a fragmentação do sistema de arquivos, o XFS usa o recurso de alocação atrasada. Uma extensão virtual é primeiro criada na memória e o espaço necessário no sistema de arquivos é reservado para ela. No entanto, a localização precisa dos dados permanece obscura até que o XFS decida gravá-los. Como consequência, alguns arquivos temporários de curta duração nunca podem ser atribuídos a blocos de armazenamento reais.
- Seção de Registro Diário de Log
Esta seção é responsável por armazenar alterações nos metadados do sistema de arquivos. A entrada de registro de cada item estrutural contém as informações de cabeçalho que o descrevem, bem como uma cópia da nova imagem desse item, e como ele deve aparecer no disco. O item de log é preservado até que as modificações sejam confirmadas na seção de dados. O log pode ser recuperado em uma falha para retomar as operações pausadas e restaurar a coesão do sistema de arquivos. Dependendo do arranjo, esta parte pode ser alojada dentro da seção de dados ou externamente em um dispositivo diferente para maior velocidade/confiabilidade.
- Seção de Tempo Real
Esta parte opcional contém apenas os dados de arquivos em tempo real, que possuem requisitos de alta velocidade de E/S. Geralmente é armazenado em um dispositivo de armazenamento dedicado de alto desempenho. A porção é separada em várias extensões de tamanho fixo. Ele faz a alocação de forma mais direta. Um bitmap linear é usado para manipulá-lo e uma matriz bidimensional é usada para indexar o espaço aberto.
Recuperação de dados no sistema de arquivos XFS da Linux
Embora o XFS apresente tecnologia de registro no diário que garante uma recuperação rápida, às vezes pode ocorrer perda de dados devido a incidentes como exclusão acidental, formatação de disco ou algum outro motivo. Um software profissional de recuperação de dados como o Wondershare Recoverit pode te ajudar(e, muito!)a recuperar seus arquivos XFS nesses casos. O Wondershare Recoverit é um software de recuperação de dados bastante popular que consegue recuperar vários formatos de arquivos de dispositivos de armazenamento, incluindo o sistema de arquivos Linux XFS.
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Passos para recuperar dados no sistema de arquivos Linux XFS
- Passo 1. Baixe o Wondershare Recoverit do site oficial e depois é só instalar de acordo com as instruções fornecidas. Abra o software após a instalação para iniciar o processo de recuperação de arquivos do Linux XFS.
- Passo 2. Localize as opções NAS e Linux na barra lateral e selecione a opção Recuperação Linux. Em seguida, preencha as informações do servidor Linux conforme as instruções fornecidas e clique em Conectar para iniciar a recuperação dos dados.
- Passo 3. O Recoverit começará a escanear automaticamente o local especificado. A rapidez do procedimento de escaneamento é diretamente determinada pelo tamanho de armazenamento do dispositivo e a capacidade de armazenamento de dados. No entanto, você pode acelerar o processo de escaneamento usando critérios como: modificação de data, tipo de arquivo e etc.
- Passo 4. Após o procedimento de escaneamento, você pode checar os arquivos recuperados para ver se eles são os arquivos que você estava procurando. Depois de examinar os arquivos, selecione aqueles que deseja recuperar e pressione o botão Recuperar para começar a recuperar seus arquivos do sistema de arquivos Linux XFS.
Para Windows 7 ou posterior
Para macOS 10.10 ou posterior
Além do Wondershare Recoverit, você também pode recuperar arquivos no XFS usando o TestDisk.
Comparação entre os sistemas de arquivos Linux: XFS vs. EXT4 vs. BTRFS
XFS, EXT4 e BTRFS são sistemas de arquivos comumente usados em sistemas operacionais baseados em Linux. Abaixo, nés elencamos algumas das principais diferenças mais importantes entre eles:
O XFS é um sistema de arquivos de alto desempenho desenvolvido originalmente pela Silicon Graphics. Ele oferece suporte a grandes sistemas de arquivos e oferece excelentes taxas de escalabilidade e confiabilidade. O XFS é frequentemente usado para aplicativos de computação, armazenamento e multimídia de alto desempenho. O XFS pode ser útil ao lidar com arquivos enormes, como por exemplo: armazenamento massivo de dados, iniciativas empresariais ou científicas de larga escala, e etc.
Por outro lado, o sistema de arquivos EXT4 é um sistema de arquivos tradicional que tem sido o sistema de arquivos padrão para muitas distribuições das versões Linux há anos. O EXT4 oferece umbom desempenho e estabilidade, mas carece de alguns recursos avançados de sistemas de arquivos mais recentes. Apesar dos limites de capacidade significativos, o EXT é uma tecnologia bastante confiável e durável para se trabalhar. Consequentemente, o EXT é a melhor escolha para demandas os projetos intitulados "SOHO" (Small Office/Home Office) que exigem um desempenho consistente, mas em menor escala.
Por fim, o sistema de arquivos BTRFS é um sistema de arquivos mais recente desenvolvido pela Oracle. O sistema foi projetado para fornecer uma variedade de recursos avançados e com escalabilidade. O BTRFS é ideal para grandes organizações que desejam um sistema de arquivos fácil de gerenciar; ele também é apropriado para tecnologias e projetos que não requerem tolerância significativa a falhas.
De forma geral, é possível perceber que o XFS é uma boa escolha para aplicativos de grande escala e alto desempenho, enquanto o EXT é uma opção estável e confiável para a maioria dos aplicativos de uso geral. Já o BTRFS é um sistema de arquivos mais recente com uma variedade de recursos avançados, tornando-o uma ótima opção para aplicativos de grande escala e com uso intensivo de dados.
O Veredito Final
No geral, pudemos observar que o sistema de arquivos XFS é um sistema de arquivos altamente confiável e eficiente, adequado para uso em bancos de dados e sistemas de armazenamento em larga escala. O XFS oferece uma ampla variedade de recursos avançados, como por exemplo: suporte para arquivos e sistemas de arquivos grandes, grupos de alocação para alocação de espaço em disco e redimensionamento online de sistemas de arquivos. Além disso, o XFS possui tecnologia de registro em diário para recuperação rápida em caso de travamento do sistema.
Embora existam algumas limitações e possíveis desvantagens com o uso do XFS, como seu suporte limitado para algumas distribuições do Linux e seu potencial para desempenho mais lento em arquivos pequenos, seus pontos positivos geralmente superam essas desvantagens. No geral, o sistema de arquivos XFS é uma boa escolha para organizações e usuários que precisam de soluções de armazenamento confiáveis e de alto desempenho.