Введение
Файловая система с лог-структурой
Файловая система с журнальным ведением (англ. Journaling Flash File System, JFFS) — это лог-структурированная файловая система, предназначенная для использования на устройствах NOR flash-памяти в операционной системе Linux. Она была вытеснена JFFS2.
Дизайн
Флэш-память (в частности, флэш-память NOR) должна быть стерта перед записью. Процесс стирания имеет ряд ограничений: стирание очень медленное (обычно 1–100 мс на блок стирания, что в 103–105 раз медленнее, чем чтение данных из того же региона). Стирание флэш-памяти возможно только большими сегментами (обычно 64 КБ или более), в то время как чтение и запись могут выполняться в меньших блоках (часто 512 байт). Флэш-память можно стереть лишь ограниченное количество раз (обычно 103–106), прежде чем она выйдет из строя. Эти ограничения в совокупности создают существенную асимметрию между схемами чтения и записи доступа к флэш-памяти. В отличие от этого, магнитные жесткие диски обеспечивают почти симметричный доступ на чтение и запись: скорость чтения и скорость записи почти одинаковы (поскольку обе ограничены скоростью вращения диска), можно читать и записывать небольшие блоки или секторы (обычно 512 или 4096 байт), и практически нет ограничений на количество циклов записи и перезаписи магнитных носителей. Традиционные файловые системы, такие как ext2 или FAT, разработанные для использования на магнитных носителях, обычно обновляют свои структуры данных на месте, при этом структуры данных, такие как inode и каталоги, обновляются на диске после каждого изменения. Эта концентрация отсутствия выравнивания износа делает обычные файловые системы непригодными для использования с флэш-устройствами в режиме чтения-записи. JFFS обеспечивает выравнивание износа, рассматривая флэш-устройство как кольцевой журнал. Все изменения файлов и каталогов записываются в конец журнала в виде узлов. В каждом узле сначала записывается заголовок, содержащий метаданные, а затем, при наличии, данные файла. Узлы связываются друг с другом с помощью указателей смещения в заголовке. Узлы изначально являются действительными, а затем становятся устаревшими при создании новой версии. Свободное пространство в файловой системе – это промежуток между концом и началом журнала. Когда свободного места становится мало, сборщик мусора копирует действительные узлы от начала к концу журнала, пропуская устаревшие, тем самым освобождая место.
Erasing is very slow (typically 1–100 ms per erase block, which is 103–105 times slower than reading data from the same region). It is only possible to erase flash in large segments (usually 64 KiB or more), whereas it can be read or written in smaller blocks (often 512 bytes). Flash memory can only be erased a limited number of times (typically 103–106) before it becomes worn out. These constraints combine to produce a profound asymmetry between patterns of read and write access to flash memory. In contrast, magnetic hard disk drives offer nearly symmetrical read and write access: read speed and write speed are nearly identical (as both are constrained by the rate at which the disk spins), it is possible to both read and write small blocks or sectors (typically 512 or 4096 bytes), and there is no practical limit to the number of times magnetic media can be written and rewritten. Traditional file systems, such as ext2 or FAT which were designed for use on magnetic media typically update their data structures in place, with data structures like inodes and directories updated on disk after every modification. This concentrated lack of wear levelling makes conventional file systems unsuitable for read write use on flash devices. JFFS enforces wear levelling by treating the flash device as a circular log. All changes to files and directories are written to the tail of the log in nodes. In each node, a header containing metadata is written first, followed by file data, if any. Nodes are chained together with offset pointers in the header. Nodes start out as valid and then become obsolete when a newer version of them is created. The free space remaining in the file system is the gap between the log's tail and its head. When this runs low, a garbage collector copies valid nodes from the head to the tail and skips obsolete ones, thus reclaiming space.