WAFL
Одним из камней, лежащих в основании системы хранения NetApp, наряду с собственной версией UNIX-подобной OS, является внутренняя файловая система, собственная разработка компани, под названием WAFL - Write Anywhere File Layout - “Файловая система с записью повсюду” :)
Откуда такое название, и что она дает системам хранения Network Appliance?
Прежде всего следует объяснить, в чем состоит “запись повсюду”.
В файловой системе WAFL принята остроумная схема, при которой единожды записанные блоки данных в дальнейшем не перезаписываются, а при необходимости перезаписи блока данных внутри файла, из пула свободных блоков файловой системы выделяется пустой блок, в который и направляется запись, после чего в “таблице размещения файлов” переставляется указатель со старого блока на новый.
Такая схема организации записи позволила использовать очень простую и эффективную схему создания снэпшотов, то есть мгновенных “снимков состояния” данных. Поскольку блоки данных для какого-либо файла вообще никогда не перезаписываются (только дописываются и освобождаются все целиком после удаления самого файла), то, как нетрудно видеть, сохранение состояния таблицы размещения файлов (правильнее “таблицы inodes”) полностью сохраняет и всю записанную на дисках информацию, без какой-либо дополнительной защиты или копирования, просто by design.
Вторым преимуществом такой схемы является то, что “произвольная запись” (random write) становится для этой файловой системы “последовательной записью” (sequental write), что, обычно, очень хорошо сказывается на производительности приложений, для которых характерна именно “произвольная запись”, например преимущественно такой характер носит запись для баз данных.
Образующаяся со временем “фрагментация” физического размещения данных успешно “дефрагментируется” специальным фоновым процессом, во время пониженной загрузки системы хранения.
К особенностям “программно-аппаратной” реализации файловой системы следует также отнести и “аппаратный журнал” - NVRAM. В отличие от журналируемых файловых систем “обычного типа”, в которых журнал вместе с данными хранится на том же самом диске (обычно в особой области данных), журнал в WAFL размещен в специальном аппаратном устройстве, которым оснащены все системы хранения NetApp - устройстве Non-Volatile RAM, модуле оперативной памяти с батарейным питанием.
Несмотря на то, что блок NVRAM внутри NetApp выглядит очень похоже на Write-back cache у большинства вендоров систем хранения и серверов (плата с модулями DRAM и батареей резервного питания), функция его полностью иная.
Ну и, наконец, важной особенностью и отличием от широкоизвестных журналируемых файловых систем является параллельная поддержка двух схем разграничения доступа, т.н. “UNIX-style” и ACL(Access Control List) или “Windows-style”. Это связано с необходимостью поддержки на одном устройстве как файлов UNIX-”мира”, так и Windows-систем.
Таким образом, работая как NAS, устройства NetApp могут обслуживать как UNIX- так и Windows-машины, обращающиеся к одним и тем же файлам. Взаимное соответствие пользователей двух “миров” настраивается через таблицы взаимных соответствий пользователей, при этом система хранения понимает, что пользователь jmith подключающийся по NFS и DOMAIN\JohnSmith (или johnsmith@domain.local) это один и тот же человек, и соответствующим образом разрешает ему доступ к данным вне зависимости от того, как он в систему хранения попадает, через NFS или CIFS.
Таким образом, выбор специальной файловой системы позволил не только получить уникальный функционал “снимков данных” (кстати NetApp и является изобретателем этой технологии, впоследствии активно воспроизводившейся в различных видах у конкурентов), но и получить черезвычайно эффективную технологию записи, заметно превосходящую по производительности решения конкурентов.
Подробнее (и по-английски) об устройстве файловой системы WAFL можно подсмотреть тут:
File System Design for an NFS File Server Appliance
Dave Hitz, James Lau, & Michael Malcolm | Network Appliance | TR 3002 http://www.netapp.com/library/tr/3002.pdf