有关FreeBSD的几点误区


 虽然绝大多数人都知道FreeBSD的优势在于稳定性高,网络性能好,但对于FreeBSD其他的一些技术特性,在认识上仍然存在着一些偏差。

  1.FreeBSD不具备日志文件系统,因此不适合用作高要求的应用目的

  首先需要指出的是,日志文件系统最早也是在BSD上开发的,称为LFS。在FreeBSD中本来是支持它的,但后来由于版本升级的原因,它的代码由于缺乏维护而被暂时抛弃,至今还可以在FreeBSD的源代码中可以找到LFS的一些遗迹。目前,LFS还存在于NetBSD中继续开发,如果有特别的需求,它完全可以再回到FreeBSD系统中。

  然而,FreeBSD开发者没有急于将LFS移植回FreeBSD是有道理的,因为FreeBSD系统中已经增加了一些新的特性,足以提供LFS能提供的最重要的特性。为了解释FreeBSD的这些特性的本质,我们需要讨论一下文件系统。

  由于文件系统的读写性能对于整个系统的性能来讲,是一个非常重要的指标,因此系统设计者就设法尽可能的提高文件系统的性能。这样,人们就设计了磁盘访问缓冲来达到这个目的,这样,使用缓冲的读写方法就称为异步(async)访问方法,相应的不采用缓冲的磁盘读写方法就称为同步(sync)访问方法。

  显然,异步方法具有更高的读写性能,但是一旦发生故障的时候,由于有很多数据还保存在缓冲区中,就导致这一部分数据丢失。然而,如果是简单的部分数据丢失倒还罢了,但是某些重要的数据丢失,就导致整个文件系统遭到破坏。为什么会发生这样的情况呢?

  因为,在文件系统中,有两种不同的数据,一种为简单的文件内容数据,这些数据丢失仅仅导致某个文件出现错误数据,不会影响其他文件的内容。另一种数据则比较重要,例如文件系统本身的I节点或者目录数据,假如I节点的数据块出现错误,就会导致大量文件丢失,甚至导致文件系统整个受到破坏。这些对文件系统完整性非常重要的数据被称为元数据(metadata)。


  由于日志文件系统的这个顺序特性,使得系统不会因为故障出现严重的错误,而且在出现错误时,还具备更短的文件系统修复时间(fsck),系统修复时间对于存储量非常大的文件系统非常重要。这样一旦出现错误,系统重新启动并恢复提供服务的时间也很短暂。

  对于FreeBSD系统来讲,则沿着另一个类似的方式来解决这个问题。由于FreeBSD更关心系统的稳定性、可靠性,FreeBSD系统并不推荐使用异步的方法来访问磁盘,但是这样磁盘性能就比较差。为了解决这个问题,FreeBSD改善了文件系统,将普通数据和元数据分开,这样就可以对普通数据进行缓冲,而对元数据不进行缓冲,这样的方法就可以大大改善文件系统性能,并且对文件系统的安全性也没有太大的影响。

  然而即使如此,文件系统的性能比起全部异步的方法还有一些差距,如何达到全部异步访问的目的呢?FreeBSD研究者提出了softupdate的方法,softupdate的主要目的是将元数据的改变按照它们之间的依赖关系,元数据对普通数据的依赖关系进行重新排序,保证元数据的更新按照安全的数据顺序更新,这样即使出现故障,也如同日志文件系统类似,只会出现最终改变的一些文件错误或丢失,而不会出现严重错误


  此外,FreeBSD目前还提供了诸如后台磁盘检查,就是说可以在后台执行磁盘检查,而不影响前台执行磁盘访问,这样就使得系统出现故障时更短的时间恢复正常服务。目前FreeBSD系统甚至可以提供包括快照(snapshot)在内的高级文件系统功能。

  因此,虽然FreeBSD 下目前没有日志文件系统,但事实上已经提供了类似日志文件系统的功能,因此完全可以满足不同的高端需求。

  2. FreeBSD的磁盘读写性能差,不适合大量存储数据的情况

  很多来自网上的文章都告诉读者,FreeBSD虽然在其他方面具备一定的优势,但磁盘读写速度差,特别是在使用IDE磁盘的时候。

  如果把这个观点放在FreeBSD 2.2.x之前,也许还有些道理,那个时候FreeBSD为了保证文件系统的安全性,是使用同步的方法访问磁盘,显然要比linux等以异步的方法访问磁盘要慢的多。但在FreeBSD 3.x之后,系统已经全面支持softupdate,那么性能的改善就可想而知了。

  当然,为了保证数据安全,FreeBSD缺省还关闭一些硬件的性能选项,例如IDE磁盘通常有一个内部的缓冲区,具备在磁盘设备本身对数据进行缓冲的功能,原则上,这个功能是非常危险的,因为它在磁盘内部实现,系统无法告诉它那些数据是元数据,不能缓冲或者必须顺序写入等等,有些高端磁盘通常具备电池,保证磁盘内部的缓冲能在突然掉电的情况下写回磁盘,但普通的磁盘显然没有这个能力。因此,FreeBSD实际上缺省是关闭这样的功能的,并不推荐使用,但是,如果是追求性能的话,打开这些功能也是可以的,只不过就要冒丢失数据的风险了
 很多FreeBSD用户还注意到,安装FreeBSD的时候,磁盘读写性能的确比较慢,尤其是在安装Ports Collection部分的时候。这是因为目前FreeBSD的安装系统还没有立即支持softupdate,没有充分发挥这个性能优势,对于Ports Collection这个包含大量小文件,需要巨大数量的I节点元数据改变的磁盘访问需要,速度慢一些是正常的。未来的安装系统将缺省支持softupdate,安装速度会得到改善。

  安装系统的磁盘访问慢还有一个更深层次的原因,就是安装系统的打包方式与普通方式不同,例如一个多级子目录aa/bb/cc/dd,普通的打包数据方法是先打包aa,接着是aa/bb,aa/bb/cc,最后是aa/bb/cc/dd,这样在解开的时候就顺序进行,但安装系统的打包方式却与此相反,那么,这样再解开的时候就需要额外的处理,子目录层次越多,需要的额外磁盘访问就越多。FreeBSD系统采用这种打包方法,主要是确保升级时的文件展开的正确性,虽然使用正常的打包顺序在绝大多数情况下也不会有问题。

  即便如此,在最新一次FreeBSD和Linux的对比测试中(FreeBSD 4.3对Linux 2.4.10),使用同样的硬件并进行优化之后,FreeBSD在提供静态HTML方面要比Linux差几个百分点,而在提供动态CGI方面要比Linux高几个百分点。原则上,这就表明在磁盘I/O方面,FreeBSD还是有几个百分点的差距。

  对于这一点,首先需要指出的是,FreeBSD的softupdate异步方式,和Linux的ext2fs的普通异步方式是不同的,所实现的功能差异很大。

  第二点,我想这个对比测试也展示了FreeBSD和Linux在内存管理方面的策略上的差异。众所周知,FreeBSD和Linux都是采用的将虚拟内存页面和磁盘缓冲区统一管理的方式,根据需要,将物理内存动态的分配给磁盘缓冲或者用作虚拟内存页面。这样的统一管理方式,就使得系统可以使用不同的分配策略,是缓冲优先,还是虚拟内存优先?
 显然,FreeBSD要倾向于后者,这就使得Linux在内存足够大,需要缓冲的磁盘内容相对小的时候,文件系统的访问性能会比较好。而FreeBSD在进程数量较多的重负载情况下,仍然会高效的提供服务。这个也就能够解释一个朋友曾经给我的一个他自己使用apache的类似测试结果,在他的测试中,Linux在重负载的条件下很容易达到100%的处理器占用,而FreeBSD虽然略有百分之几的差距,但是处理器占用却一直位于50%以下。我的这位朋友希望我能告诉他如何挤压出处理器的的剩余处理能力,达到更高的性能,但我得说,这就涉及到内存管理的细节了,要做到这一点并不简单。事实上,保留一定的处理器空余,能够使得系统进程切换更平滑,服务更稳定,要知道,性能并不是唯一的因素。

  以我的看法,除了测试在缓冲区中能找到数据的情况,也要测试不能找到数据的情况,才更符合真实的服务世界,正常的磁盘访问测试通常包括顺序读、顺序写、随机读、随机写等多种情况。例如可以使用数千个随机选择的URL,而不是一个固定的URL来执行随机读测试,或许结果就会有所不同的吧!

  3.由于wind river已经解聘了一些制作FreeBSD发行的员工,因此FreeBSD前景不妙

  就在最近,原本制作FreeBSD正式发行版本的wind river将他们负责制作FreeBSD发行光盘的员工解聘,并且声明未来不再负责FreeBSD的光盘发行和技术支持。因此,一些朋友和我聊天的时候,就笑谈FreeBSD前景不妙。

  如果仅仅是看这一件事情,或许可以得到这样的结论,但是如果我们注意到wind river与FreeBSD的关系,以及他们其实是刚刚购买了BSDI的这种情况,可能结论就不是这样简单了。

  事实上,最早FreeBSD的发行版本是由cdrom.com来负责制作光盘和发行的,cdrom是一家出版制作公司,而不是一个严格意义的IT公司。后来BSDI,制作BSD/OS的公司,购买了cdrom,因而也拥有了FreeBSD的制作和发行部门,直到wind river公司购买了BSDI。现在可以看到,作为一个方向为嵌入式系统的公司,wind river仅仅需要BSD/OS来填补其产品系列的空白,在目前IT行业普遍不景气的条件下,wind river没有兴趣在非主营的出版领域做工作,作为一个商业企业这是非常正常,也非常正确的策略。


  然而,wind river放弃FreeBSD的意义和某个linux公司放弃linux的意义显然是截然不同的。因为FreeBSD一直是以一种出版业务的形式在cdrom出现的,而不象Linux公司,以Linux操作系统本身作为主营业务。即使是BSDI购买了cdrom,BSDI也只是将FreeBSD作为他们的BSD/OS的商业补充,也可能他们有将FreeBSD作为他们的主营业务的愿望,但是他们本身还拥有BSD/OS,并且他们购买cdrom的时候,IT行业已经风光不再,因此,FreeBSD对于BSDI,仍然是作为出版业务而主要存在。

  因此,与其作为一个非主营业务存在于IT公司,还不如回到其本身的情况,由一家以出版、媒体为主的公司来负责FreeBSD光盘的出版和制作,这样必然可以减少出版发行光盘的成本,即使从商业上考虑,想BSDI、wind river是无法从FreeBSD光盘制作和发行方面盈利的,但一家专业出版发行公司则完全不同。当前,daemonnews,一个以BSD Unix为主要对象的媒体公司承担了这个任务。

  因此,wind river放弃FreeBSD与否,与FreeBSD本身的发展并没有太大的关系,FreeBSD不是依靠商业方式发展的,而是依赖其本身的实力得到认可的一个系统,未来也将继续这样发展下去。也许受影响的只是那几个离开wind river的员工,然而,以他们的资历,即使在如此不景气的今天,再找一份工作也不是特别困难的事情

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