Le journal de transactions

Qu'est-ce qu'un système de fichier journalisé ?

Je pars du principe que chacun sait ce qu'est un tampon d'écriture : un tampon alloué en mémoire qui permet d'accélérer les entrées / sorties. Ce type de tampon est couramment utilisé par les systèmes de fichiers (le cache/tampon disque), et les SGBD pour augmenter les performances. Un problème apparaît si le système plante avant que ces tampons ne soient écrits sur disque, ce qui va provoquer un comportement incohérent du système après son redémarrage. Imaginons qu'un fichier soit effacé en mémoire, mais pas sur disque. C'est à cause de ce problème que les SGBD et les systèmes de fichiers ont les moyens de revenir à une situation cohérente. Bien que les SGBD aient cette capacité depuis des années, les systèmes de fichiers dérivés de UFS ont tendance à voir le temps de correction des erreurs augmenter avec l'augmentation de la taille du système de fichiers. L'outil fsck pour Ext2FS doit parcourir toute la partition de disque pour pouvoir revenir à une situation cohérente. Cette opération consommatrice de temps inflige souvent une perte de temps d'exploitation des gros serveurs ayant en ligne plusieurs centaines de giga-octets, voire plusieurs tera-octets. Ceci est la principale raison de voir les systèmes de fichiers hériter des technologies de reprise sur incident des SGBD, et donc l'apparition des systèmes de fichiers journalisés.

Comment ça marche ?

Les SGBD « sérieux » utilisent la notion de transaction. Une transaction est un ensemble d'opérations qui satisfont à plusieurs propriétés. Ces propriétés sont surnommées ACID pour Atomicité, Cohérence, Isolation, et Durabilité. La propriété la plus importante pour notre explication est l'atomicité. Elle implique que toutes les opérations faisant partie d'une transaction sont soit intègres et terminées, soit en cas d'erreur ou d'annulation, ne produisent aucun changement. Cette fonctionnalité, associée à l'isolation, fait que les transactions peuvent être assimilées à des opérations atomiques qui ne peuvent être exécutées partiellement. Ces propriétés des transactions sont utilisées en bases de données du fait des problèmes rencontrés pour maintenir la cohérence des données tout en exploitant la simultanéité. Pour ce faire, les SGBD journalisent toutes les opérations simples (en écriture disque synchrone) d'une transaction dans un fichier dit journal. En fait, les opérations ne sont pas les seules journalisées : les arguments de ces opérations le sont aussi avant l'exécution de la transaction. A l'issue de chaque transaction, il doit y avoir une opération « commit », qui lance l'écriture des données sur disque. Ainsi, si le système plante, nous pouvons remonter dans l'historique du journal jusqu'à la première opération « commit », et ainsi écrire tous les contenus des précédentes transactions sur disque.

Les systèmes de fichiers journalisés utilisent cette même technique pour journaliser les opérations, autorisant ainsi une reprise d'activité dans un laps de temps très court.

Une différence majeure entre SGBD et système de fichier journalisé est que les SGBD journalisent et les données utilisateurs, et les données de contrôle, alors que les systèmes de fichiers ne journalisent que les meta-données. Les meta-données sont les structures de contrôle d'un système de fichier : inodes, tables d'allocation de l'espace libre, tables d'inodes, etc...