TFS：新一代开源文件系统_

　　原文 | https://github.com/redox-os/tfs#design-goals/

　　翻译 | 王江平

　　译者注：这篇文章主要对TFS的设计目标和一些常见的问题进行了描述，结尾部分提供了部分与TFS相关的资源供读者参考。

　　TFS是一款模块化，快速且功能丰富的新一代文件系统，采用现代技术使其具有高性能，高空间使用率和高扩展性，代码托管在Github上。

　　TFS是由于需要一个用于Redox OS的现代文件系统而被创建的，作为ZFS的替代品，由于其集成设计思想而被证明不会很快的实现。灵感来源于ZFS，同时它的目标是模块化和易于实现。

　　TFS与terminalcloud的同名文件系统无关。

　　设计目标

　　TFS 的设计目标如下：

　　并发

　　TFS 包含很少的锁，目的是尽可能适用于多线程系统。它利用多个真正的并发结构来管理数据，并按核心的数量进行线性扩展。这也许是 TFS 最重要的特性。

　　异步

　　TFS 是异步的：操作可以独立进行, 并且从磁盘写入和读取不需要阻塞。

　　全磁盘压缩

　　TFS是第一个通过我们称之为RACC（随机访问集群压缩）的方案来集成的全盘压缩的文件系统。这意味着每个群集都被压缩，只会略微影响性能。据估计，可以获得60-120％的可用空间。

　　修订记录

　　TFS存储每个文件的修订历史记录，而不会增加额外的开销。这意味着你可以将任何文件还原到较早的版本，自动备份系统，而不会造成复制的开销。

　　即写即拷语义（写时复制语义）

　　与Btrfs和ZFS类似，TFS使用CoW语义，这意味着不会直接覆盖集群，而是复制并写入新的集群。

　　(1) 递归拷贝

　　与一些文件系统一样，TFS 可以在不变的时间内执行递归拷贝，但是还有一个独特的补充： TFS 即使在突变之后也不会复制。那是怎样工作的呢？它单独维护文件的各个部分，这样只需要复制更新的段。

　　保证原子性

　　系统永远不会进入不一致状态 (除非硬件出现故障), 这意味着意外断电不会损坏系统。

　　缓存改进

　　TFS在缓存磁盘时提高了磁盘访问的速度。它使用机器学习方式来学习模式和预测未来的使用，以减少缓存遗漏的数量。TFS 还压缩内存中的缓存,，减少了所需的内存量。

　　更好的文件监控

　　CoW非常适合高性能，可扩展的文件监控，但不幸的是，只有很少的文件系统包含在内。 TFS是其中之一。

　　所有内存安全

　　TFS只使用在Rust中编写的组件。因此，内存不安全只能在标记为不安全的代码中进行，这是非常仔细的检查。

　　全面覆盖测试

　　TFS旨在全面覆盖测试。通过立即显示大类的错误，这对正确性提供了相对较强的保证。

　　SSD友好设计

　　TFS试图通过重新定位死区来避免SSD中的写入限制。

　　改进的垃圾回收

　　TFS使用Bloom过滤器进行空间高效和快速的垃圾回收。 TFS允许FS垃圾回收器在后台运行，而不会阻塞文件系统的其余部分。

　　常见问题

　　为什么使用SPECK作为默认密码？

　　SPECK是一个相对较新的密码，但它已经受到了很多 (无效) 的密码分析，所以它是相对安全的。它有非常棒性能和简单的实现。可移植性是 TFS 设计的一个重要部分，真正可移植的 AES 实现没有旁道攻击，这比许多人想象的要难 (特别是，大多数便携实现中都存在 SubBytes 问题)。SPECK没有这个问题，因此可以通过最小的努力安全地实现移植。

　　TFS 和 ZFS 的相似程度？

　　实际上并不那么相似，它们有许多基本的思想类似，但除此之外，它们本质上是不相干的。但ZFS的设计对TFS的形成起了很大的助推作用。

　　TFS是否只有Redox-only？

　　不，它从来没有计划仅仅是 Redox-only。

　　整个磁盘压缩如何工作？

　　根据我的了解，全盘压缩是TFS专有的。它通过将多个“页面”（虚拟数据块）收集到“集群”（分配单元）中起作用。这样，可以通过简单地解压缩各个集群来读取页数据。

　　为什么 ZMicro 这么慢？它会影响 TFS 的性能吗？

　　ZMicro这么慢的原因是因为它在一定程度上起作用，为性能提供了出色的压缩比。这种可怕的缓慢性能是由减少写入次数为代价的。事实上，ZMicro的50％以上的分配只会写入一个扇区，而不是3个。其次，无论磁盘的速度有多快，它都不会接近 ZMicro 的性能，因为磁盘操作本质上是缓慢的，从这点来看，压缩的表现确实不重要。

　　可扩展哈希或B+树？

　　都不是。TFS使用树和哈希表的组合：嵌套的哈希表，一种哈希树的形式。其思想是，在Bucket(译者注：可理解为容器)中创建一个新的子表，而不是重新分配。

　　设计资源

　　一些关于TFS设计的文章：

SeaHash: Explained. 这描述了TFS设计的默认校验和算法。

On Random-Access Compression. 这个帖子描述了用于随机访问压缩的算法。

Ternary as a prediction residue code. 使用这一点与创建良好的自适应（无头）熵压缩器有关。

How LZ4 works.这描述了LZ4压缩算法的工作原理。

Collision Resolution with Nested Hash Tables. 这描述了我们用于目录结构的嵌套哈希表的方法。

An Atomic Hash Table. 这描述了并发的内存中哈希表/键值存储。

　　规范

　　完整的规范可以在specification.tex中找到。若要呈现它，请安装 pdflatex, 然后运行。

　　然后打开名为 specification.pdf 的文件。

　　本文「设计资源」等部分内容所涉文章链接可点击「阅读原文」查看。

TFS：新一代开源文件系统

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