F2FS

F2FS (Flash-Friendly File System) – это файловая система, специально разработанная для флэш-накопителей, таких как SSD и eMMC. Она была разработана компанией Samsung Electronics и впервые включена в ядро Linux в версии 3.8.

Автор — разработчик Samsung Ким Чэ Гык (Kim Jaegeuk, кор. 김재극). Исходный код системы был открыт Samsung в октябре 2012, после чего доработан инженерами «Samsung» с учётом замечаний сообщества.

Поддержка F2FS включена в ядро Linux начиная с версии 3.8. Параллельно развивается пакет f2fs-tools, содержащий набор утилит для обслуживания разделов F2FS (mkfs.f2fs, fsck.f2fs).

Разработана специально с учётом специфики флеш-памяти и учитывает такие особенности, как неизменное время доступа и ограниченный ресурс количества циклов перезаписи данных.

F2FS использует различные техники оптимизации, чтобы улучшить производительность флэш-накопителей, такие как сокращение использования ресурсов памяти и улучшенные алгоритмы записи данных. Она также поддерживает различные функции, такие как trim, discard, и garbage collection, чтобы увеличить срок службы флэш-памяти и повысить производительность.

F2FS имеет быструю и эффективную скорость чтения и записи, что делает ее идеальным выбором для флэш-накопителей, особенно в мобильных устройствах и других устройствах с ограниченным пространством хранения.

Хранение внутренних структур данных организовано в форме LSM-дерева, при обновлении информации используется механизм копирования при записи — при изменении данные не перезаписываются, а сохраняются в новом месте. Для ускорения выполнения операций в процессе работы индексы с информацией о распределении данных хранятся в оперативной памяти. Схема работы системы нацелена на продление срока службы флеш-накопителей, для чего учитывает внутреннюю геометрию расположения чипов в носителе и работу контроллера; данные по возможности распределяются равномерно, сводя к минимуму повторную запись в одни и те же блоки. С этой же целью используется алгоритм последовательного заполнения накопителя, при котором новые данные всегда записываются только в области, следующие после ранее записанных данных, без оглядки на возможную фрагментацию. После достижения конца тома запись начинается с начала, занимая, по возможности, освобождённые блоки. Для исключения конфликтов с логикой контроллера накопителя в F2FS учитывается специфика работы прослойки FTL (Flash Translation Layer), выполняющего на многих накопителях подобную задачу по равномерному заполнению. Для адаптации F2FS к различным видам флеш-накопителей, различающихся своими характеристиками в зависимости от внутренней геометрии и схемы управления, предусмотрен широкий спектр параметров для управления структурой распределения данных в разделе и предоставлена возможность выбора различных алгоритмов очистки и выделения блоков.

Система защищена от «эффекта снежного кома», проявляющегося при использовании гуляющих деревьев (wandering tree): в ситуации, когда вместо перезаписи создаются новые элементы (меняется номер блока), для деревьев, в которых родительский узел ссылается на дочерние узлы, изменение узла приводит к перестройке всех вышележащих узлов. Системе необходим сборщик мусора, выполняющийся в фоне в моменты простоя системы.

Для обеспечения целостности используется модель с фиксацией точек выполнения и возможностью отката изменений к точкам сохранения в случае возникновения каких-либо проблем.

Раздел F2FS формируется из сегментов размером 2 МБ, сегменты группируются в секции, которые в свою очередь объединяются в зоны.

Поддерживается как традиционная для Unix схема разграничения доступа, так и такие расширенные механизмы, как xattr,  а также POSIX ACL.

Начиная с GRUB 2.04 (5 Июля 2019) можно использовать раздел с F2FS как загрузочный. Для ранних версий приходилось создавать отдельный загрузочный раздел на ext4 или других файловых системах, поддерживаемых GRUB.

Основные характеристики F2FS:

• Оптимизация для флеш-памяти:

  F2FS спроектирована с учетом особенностей флеш-памяти, таких как ограниченный ресурс циклов перезаписи и неравномерное время доступа.