Unix-Dateisysteme: UFS1 und UFS2

Inhalt

1. Was ist das UFS-Dateisystem?
2. UFS1- und UFS2-Dateisystemstruktur
3. Wo werden UFS1- und UFS2-Dateisysteme verwendet?
4. Der Unterschied zwischen UFS, UFS2 und EXT4
5. Wie kann ich Dateien auf einem UFS1-Laufwerk auf einem UFS2-Laufwerk in OS Windows anzeigen und gegebenenfalls auf das andere lokale Laufwerk kopieren?

Was ist das UFS-Dateisystem?

Das UFS (Unix File System)-Dateisystem wurde ursprünglich speziell für die Verwendung in der BSD-Familie von Betriebssystemen entwickelt. Heute wird es in einer verfeinerten Form in Unix-ähnlichen Betriebssystemen (wie Linux und Solaris) verwendet, die dieses Dateisystem auf Kernel-Ebene unterstützen. Die Unterstützung für UFS ist auch in Mac OS X implementiert, ist jedoch nicht nativ für dieses Betriebssystem.

In einem frühen Entwicklungsstadium wurde das UFS-Dateisystem als FS bezeichnet. Es war ziemlich einfach und enthielt nur Daten wie Superblöcke, Boot-Blöcke, Datenblöcke und Indexbeschreibungen (auch als Inodes bekannt). FS war gut geeignet für die damals vorherrschenden kleineren Festplatten. Aber im Laufe der Zeit nahm die Speicherkapazität zu und es wurde allmählich klar, dass das FS-Dateisystem nicht in der Lage war, die erforderliche Leistung zu erbringen. Dies führte zur weiteren Entwicklung von FS. Entwickler fügten Zylindergruppen hinzu. Jede Gruppe hatte ihre eigenen Indexbeschreibungen, um die Ansammlung von „Müll“ im Dateisystem zu vermeiden, und das Dateisystem selbst änderte seinen Namen von „FS“ zu „FFS (Fast File System)“.

Das Hauptziel von FFS war es, alle Inhalte eines Verzeichnisses (Daten und Metadaten) in einer Zylindergruppe zusammenzufassen. Dies würde den Fragmentierungsgrad erheblich reduzieren, der aufgrund der starken Verbreitung von Daten über die Oberfläche der Festplatte auftrat. Aufgrund der schnellen Zunahme der Festplattengröße und der Größe der darauf gespeicherten Dateien war diese Lösung jedoch nicht mehr effektiv, da die Blockgröße erhöht wurde, um die Leistung auf dem richtigen Niveau zu halten. Dementsprechend nahm die Speicherung einer großen Anzahl kleiner Dateien viel Platz ein.

Dies zwang die Entwickler erneut zur Entwicklung des Dateisystems und auf der Grundlage von FFS wurde das überarbeitete Dateisystem „UFS1“ erstellt, und später seine überarbeitete Version – „UFS2„, dessen Erstellung dank der Aufteilung von Blöcken in Fragmente, die zur Speicherung der endgültigen Bytes der Datei verwendet werden (zuvor wurde dafür ein ganzer Block zugewiesen) und einigen neuen Technologien Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit ermöglichte.

Tatsächlich sind „UFS1“ und „UFS2“ zwei zusätzliche Schichten – die obere Schicht, die die Verzeichnisstruktur bereitstellt und Metadaten in der Indexstrukturbeschreibung unterstützt, und die unteren Schichten, die es ermöglichen, Containerdaten als Indexbeschreibungen darzustellen. Dies wurde getan, um sowohl traditionelles FFS als auch LFS zu unterstützen.

Die Struktur des UFS-Dateisystems wird im nächsten Absatz dieses Artikels detailliert beschrieben.

UFS1- und UFS2-Dateisystemstruktur

Die Struktur der UFS1- und UFS2-Dateisysteme ist wie folgt: Zuerst wird der Bootblock platziert, gefolgt vom Superblock. Danach kommt die Index-Deskriptor-Tabelle (Inode-Tabelle), gefolgt von den Katalogen. In einigen Betriebssystemen (z. B. Solaris) speichert das Dateisystem Zugriffskontrolllisten (ACLs), um Schatten-Index-Deskriptoren (Schatten-Inodes) bereitzustellen. So sieht eine FreeBSD-Partition aus, wenn das UFS-Dateisystem verwendet wird:

Der gesamte Festplattenspeicher ist in Zylindergruppen unterteilt, und jede Gruppe speichert die folgenden Informationen:

• Bootblock – dient dazu, die Daten zu speichern, die zum Starten des Betriebssystems benötigt werden. Wenn er fehlt, kann das Betriebssystem nicht gestartet werden. Der Bootblock erscheint nur in der Null-Zylindergruppe und belegt die ersten 8 KByte des Festplattenteils. Wenn das Dateisystem beim Systemstart nicht verwendet wird, bleibt es leer;
• Superblock – dieser Abschnitt des Dateisystems enthält dessen Beschreibung sowie Informationen über dessen Konfiguration;
• Beschreibungen der „Zylinder“-Gruppen (CG-Zusammenfassung). Zylinder sind ein Bereich, der vom Rest getrennt ist und einige verschachtelte Dateien enthält. Entsprechend enthält eine Zylindergruppe mehrere Festplattenzylinder.
• Freie Inodes-Karte – Daten über die freien Inodes und Zusammenfassungsinformationen über die Verwendung von Inodes in der Gruppe;
• Freie Blockkarte – Daten über die freien Blöcke und Zusammenfassungsinformationen über die Verwendung von Festplattenblöcken in der Gruppe;
• Inode-Array – der Inode enthält alle Informationen über die Datei außer ihrem Namen, wie Dateigröße, Datum und Uhrzeit der Erstellung, letzte Änderung und letztes Lesen der Datei. Jede Datei hat ihren eigenen Inode;
• Superblock-Backup;
• Einige Datenblöcke, in denen die Dateidaten gespeichert sind;

Um die Leistung des Betriebssystems zu verbessern, verwendet UFS einige zusätzliche Lösungen. Zum Beispiel:

• Größere Datenblöcke, um die Bandbreite und damit die Leistung zu erhöhen;
• Erstellen von Superblock-Duplikaten – diese Lösung ermöglicht die Wiederherstellung der Festplatte bei Bedarf;
• Unterstützung der Blockfragmentierung in 2, 4 oder 8 Fragmente für eine bessere Leistung bei kleinen Dateien;
• Zuweisung jedes neuen Verzeichnisses zu einer separaten Zylindergruppe, um die Informationen auf der Festplatte gleichmäßig zu verteilen;
• Optimierung des physischen Zugriffs für eine bessere Leseleistung;

Weitere Merkmale des UFS-Dateisystems sind „Zustandsflags„. Diese dienen dazu, den Zustand des Dateisystems anzuzeigen. Vier Zustände stehen zur Verfügung: sauber, stabil, aktiv oder unbekannt. Es vermeidet unnötige Überprüfungen des Dateisystems. Wenn alles in Ordnung ist und der Zustand als „sauber“ angezeigt wird, wird das Überprüfungsdienstprogramm nicht ausgeführt, wenn das Betriebssystem geladen wird;

Es ist auch erwähnenswert, dass die Anzahl der Inodes in UFS festgelegt ist und es nicht möglich ist, sie dynamisch hinzuzufügen (wie im XFS-Dateisystem). Dies ist ein weiterer Grund, warum das UFS-Dateisystem für große Dateien besser geeignet ist als für kleine Dateien, da bei Erschöpfung aller freien Inodes der Benutzer das Dateisystem auf der Festplatte neu erstellen muss, und wenn wir von Terabyte an Daten sprechen, ist dies ein ziemlich langer Prozess.

Wo werden UFS1- und UFS2-Dateisysteme verwendet?

Aufgrund der schnellen Leistung bei großen Dateien ist das UFS (Unix-Dateisystem) auf Servern am häufigsten im Einsatz. Dies gilt insbesondere für Server, die Videodaten speichern, da Videodateien in der Regel den meisten Speicherplatz benötigen. Je höher also die Upload-Geschwindigkeit des Servers ist, desto besser ist die Leistung des Videodienstes im Allgemeinen. Darüber hinaus bevorzugen viele Serveradministratoren UFS aufgrund seiner umfangreichen Zeitstempel.

UFS existiert in mehreren Varianten und kann auf vielen Arten von UNIX-Systemen installiert werden, einschließlich FreeBSD, HP-UX, NetBSD, OpenBSD, Apple OS X und Sun Solaris. Viele Betriebssysteme haben im Laufe der Jahre eine oder mehrere Datenstrukturen modifiziert, um ihren Bedürfnissen gerecht zu werden, aber sie teilen alle dieselben Konzepte. Solaris hat beispielsweise proprietäre Add-Ons hinzugefügt, die das Dateisystem so modifizieren, dass andere Betriebssysteme das Dateisystem möglicherweise nicht erkennen. Gleichzeitig verwenden viele der oben genannten Unternehmen weiterhin die ursprüngliche Datenblockgröße und -breite. Dank dessen wurde eine gewisse Kompatibilität zwischen Plattformen erhalten. Bevor es jedoch auf mehreren Plattformen verwendet wird, ist es ratsam, mehr über die Kompatibilität zu erfahren, um Betriebssystemabstürze und möglichen zukünftigen Datenverlust zu vermeiden.

Das Betriebssystem FreeBSD basiert vollständig auf FFS und UFS. Dies wurde getan, um die Entwicklung des UFS2-Standards zu unterstützen, der einen 64-Bit-Pointer-Block hinzufügt und es dem Betriebssystem ermöglicht, bis zu 8 Zettabyte (8 Millionen Milliarden Gigabyte) Speicherplatz zu verarbeiten.

UFS1- und UFS2-Dateisysteme werden in verschiedenen Linux-Distributionen sehr häufig verwendet, aber es ist erwähnenswert, dass der Linux-Kernel dieses Dateisystem nur auf der Leseebene unterstützt. Um sowohl UFS1 als auch UFS2 vollständig zu nutzen, müssen zusätzliche Softwarepakete installiert werden.

Es ist auch erwähnenswert, dass mit zusätzlichen Dienstprogrammen eine Journalisierung bereitgestellt werden kann und somit ein journalisierbares Dateisystem erzielt werden kann, das schnell mit Dateien enormer Größe arbeiten kann.

Die Gaming-Konsolen Sony PlayStation 2 und Sony PlayStation 3 verwenden ihre Modifikationen von UFS1 bzw. UFS2. Der Grund dafür ist, dass die Entwickler für die schnelle Leistung der Konsole ein Dateisystem benötigten, das das angemessene Leistungsniveau der Konsole beim Arbeiten mit großen Bildern installierter Spiele bieten konnte.

Unter anderem ist es unmöglich, nicht zu erwähnen, dass das ext4-Dateisystem auf UFS basiert. Lesen Sie im nächsten Absatz dieses Artikels, wie sich ext4 von UFS unterscheidet.

Der Unterschied zwischen UFS, UFS2 und EXT4

UFS1 und UFS2 sind sehr ähnlich. Sie haben beide die gleiche Struktur und den gleichen Umfang. Der Unterschied zwischen ihnen liegt jedoch in der Funktionalität, da UFS2 eine überarbeitete Version von UFS1 ist.

Der Hauptunterschied zwischen UFS2 und UFS1 besteht darin, dass es 64-Bit ist und mit Festplattenvolumina arbeiten kann, die größer als ein Terabyte sind. Beachten Sie, dass die Eintragslänge der Inodes-Tabelle in UFS2 auf 256 Bytes verdoppelt wurde.

Zusätzlich enthält UFS2 Unterstützung für erweiterte Dateiattribute wie ACLs. Dies ist für Netzwerkadministratoren unerlässlich. Der durchschnittliche Benutzer wird jedoch bemerken, dass die Erstellung eines neuen Dateisystems schneller ist (insbesondere bei sehr großen Festplatten).

Im Allgemeinen gibt es aus Benutzersicht keinen Unterschied zwischen UFS und UFS2. In der Praxis ist es jedoch besser, UFS2 zu verwenden, da es neuer ist und mehr Funktionen bietet.

Wie oben erwähnt, basiert das Dateisystem ext4 (wie ext2 und ext3) auf UFS, sodass sie ähnlich sind. Zum Beispiel werden Datenblöcke in ext4 zu Gruppen zusammengefasst, die Gruppen von Zylindern in UFS sehr ähnlich sind. Außerdem verwendet ext4 Inodes und Superblocks auf die gleiche Weise wie UFS.

Gleichzeitig hat ext4 einige Unterschiede zu UFS. Zum Beispiel unterstützt es „Extents„, mit denen Sie eine große Anzahl (bis zu 128 MB) aufeinanderfolgender Blöcke mit einem einzigen Deskriptor adressieren können. Bis zu 4 Zeiger auf Extents können direkt in der Inode platziert werden, was für kleine und mittelgroße Dateien ausreichend ist. Diese Lösung ermöglicht eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Datenlesens/-schreibens. UFS verwendet das Prinzip der physischen Speicherplatzzuweisung, um die Geschwindigkeit des Datenlesens zu erhöhen. Das bedeutet, dass während der Lesung von Informationen durch den Kopf einer Festplatte eine Verzögerung zwischen dem Ende des Lesens eines Blocks und dem Beginn des Lesens des nächsten Blocks auftritt. Während dieser Zeit hat die magnetische Festplatte Zeit, sich um mehrere Grad zu drehen, und wenn es auf der Festplatte Dateien direkt nacheinander gibt, muss die Festplatte eine vollständige Umdrehung abschließen, um den Kopf zum Lesen des nächsten Blocks zu bewegen, und dies erfordert eine bestimmte Zeit. Das UFS-Dateisystem berücksichtigt dies und verteilt Dateien auf dem Festplattenspeicherplatz so, dass die Verzögerung beim Wechsel von einem Datenblock zum nächsten minimiert wird. Die Praxis zeigt jedoch, dass Extents effizienter sind. Darüber hinaus verliert UFS bei der Arbeit mit kleinen Dateien in der Leistung viel gegenüber ext4.

Der andere Unterschied zwischen den Dateisystemen ext4 und UFS ist die Bit-Tiefe. Ext4 verwendet 48-Bit-Blocknummern, während UFS 64-Bit-Blocknummern verwendet. In der Praxis bedeutet dies, dass die maximale Größe eines ext4-Dateisystems 1 Exabyte beträgt, während UFS 2 eine maximale Größe von 8 Zettabyte hat. Deshalb fällt die Wahl bei der Arbeit mit großen Datenmengen (Video-Hosting usw.) auf UFS2.

Das ext4-Dateisystem unterstützt von Haus aus Journaling, während UFS zusätzliche Software erfordert.

Zusammenfassend hat ext4 eine gute Chance, UFS2 in Zukunft zu ersetzen, aber es muss sich noch weiterentwickeln (z. B. 64-Bit-Blocknummern hinzufügen). Außerdem hat ext4 keine Prüfsummenüberprüfung für Daten, was es unmöglich macht, Datenkorruption aufgrund von Hardwarefehlern zu erkennen.

Wie kann ich Dateien auf einem UFS1-Laufwerk auf einem UFS2-Laufwerk in OS Windows anzeigen und gegebenenfalls auf das andere lokale Laufwerk kopieren?

Trotz aller Vorteile der UFS1- und UFS2-Dateisysteme werden sie am häufigsten in UNIX-ähnlichen Betriebssystemen verwendet. Linux-Benutzer installieren beispielsweise oft UFS2 auf externen Festplatten mit hoher Kapazität, auf denen sie Filme und andere Daten speichern. Die Praxis zeigt jedoch, dass 97% der PC- und Laptop-Benutzer Windows als primäres Betriebssystem verwenden, das das UFS-Dateisystem nicht unterstützt. Wie können Sie also ein Laufwerk öffnen, das in UFS auf einem Windows-System formatiert ist?

Um einen Flash-Laufwerk oder eine externe Festplatte zu öffnen, die mit FreeBSD, HP-UX, NetBSD, OpenBSD oder Sun Solaris formatiert ist, müssen Sie keine Treiber installieren oder eine virtuelle Maschine verwenden, um das zweite System zu installieren.

Die beste Lösung besteht darin, das Programm RS Linux Recovery zu verwenden. Es ist sehr einfach zu bedienen und erfordert nicht viele Computerressourcen. Außerdem verfügt es über eine intuitive Benutzeroberfläche. Daher können Sie sicher sein, dass Sie Ihr UFS-Laufwerk öffnen werden, unabhängig von Ihrem Computerkenntnissen.

Dieselbe Methode kann angewendet werden, wenn Sie versehentlich eine wichtige Datei gelöscht oder Ihr UFS-Laufwerk gemäß der Empfehlung des Windows Explorers formatiert haben.

Um Ihr UFS-Laufwerk zu öffnen, befolgen Sie einfach einige einfache Schritte:

Schritt 1: Laden Sie das Programm RS Linux Recovery herunter und installieren Sie es gemäß den Anweisungen des Installationsassistenten. Starten Sie dann das Programm.

Schritt 2: Der Dateiwiederherstellungsassistent wird vor Ihnen geöffnet. Klicken Sie auf „Weiter„. Das Programm fordert Sie auf, Ihr UFS-Laufwerk nach Dateien zu scannen. RS Linux Recovery bietet zwei Arten von Scans an: einen schnellen Scan und einen vollständigen Scan. Die erste Option ist sinnvoll, wenn Sie nur die Daten auf dem Laufwerk anzeigen und auf ein anderes lokales Laufwerk kopieren möchten. Die zweite Option ist sinnvoll, wenn Sie wichtige Informationen verloren haben und diese wiederherstellen möchten.

Es ist auch in diesem Stadium sinnvoll, den Dateisystemtyp des Laufwerks auszuwählen. RS Linux Recovery unterstützt ALLE Dateisysteme, die in Linux verwendet werden. Klicken Sie auf „Weiter„.

Die Laufwerksanalyse wird gestartet und dauert mehrere Minuten.

Schritt 3: Sobald die Analyse abgeschlossen ist, zeigt RS Linux Recovery ALLE Dateien auf Ihrem UFS-Laufwerk an (einschließlich der gelöschten und wiederherstellbaren). Sie können die gewünschten Dateien durchsuchen. Eine schnelle Vorschau ist auch auf der rechten Seite verfügbar. Wenn Sie eine Datei auf eine andere Festplatte Ihres Computers kopieren oder eine verlorene Datei wiederherstellen möchten, klicken Sie mit der rechten Maustaste darauf. Wählen Sie dann „Wiederherstellung„.

Schritt 4: Wählen Sie aus, wo Sie die gewünschte Datei kopieren oder wiederherstellen möchten. Es kann eine Festplatte, ein ZIP-Archiv oder ein FTP-Server sein. Klicken Sie dann auf „Weiter„. Der Kopier-/Wiederherstellungsprozess wird gestartet. Dies dauert in der Regel einige Minuten, abhängig von der Größe.

Es ist auch erwähnenswert, dass Sie diese Methode verwenden können, um Daten auf Laufwerken mit den Dateisystemen ext2,3,4, XFS, ReiserFS und anderen modernen Dateisystemen anzuzeigen.