1 Linuxファイルシステムの概要 #

Btrfsは、次のような耐障害性、修復、容易な管理機能を提供します。

SUSE Linux Enterprise Serverのルートパーティションは、デフォルトでBtrfsとスナップショットを使用して設定されます。スナップショットを使用すると、更新適用後に必要に応じてシステムを容易にロールバックしたり、ファイルをバックアップしたりできます。スナップショットは、第7章 「Snapperを使用したシステムの回復とスナップショット管理」で説明するSUSE Snapperインフラストラクチャを使用して簡単に管理できます。SUSEのSnapperプロジェクトの一般情報については、OpenSUSE.orgにあるSnapper Portal wiki (http://snapper.io)を参照してください。

スナップショットを使用してシステムをロールバックする場合、ユーザのホームディレクトリ、WebサーバとFTPサーバのコンテンツ、ログファイルなどのデータがロールバック中に失われたり、上書きされたりしないようにする必要があります。それには、ルートファイルシステムでBtrfsサブボリュームを使用します。サブボリュームは、スナップショットから除外できます。インストール時にYaSTによって提示されるSUSE Linux Enterprise Serverのルートファイルシステムのデフォルト設定には、次のサブボリュームが含まれます。これらがスナップショットから除外される理由を次に示します。

警告: ロールバックのサポート

SUSEサポートがロールバックをサポートするのは、事前設定されているサブボリュームがまったく削除されていない場合のみです。ただし、Yastパーティショナを使用して、サブボリュームを追加することはできます。

1.2.2.1 圧縮されたBtrfsファイルシステムのマウント #

 

注記: GRUB 2およびLZO圧縮ルート

GRUB 2は、LZO圧縮ルートを読み込むことができません。圧縮を使用するには、別の/bootパーティションが必要です。

SLE12 SP1から、Btrfsファイルシステムの圧縮がサポートされるようになりました。compressまたはcompress-forceオプションを使用し、圧縮アルゴリズム(lzoまたはzlib)を選択します(zlibがデフォルト値です)。zlib圧縮は、より圧縮率が高く、一方lzo圧縮はより高速でCPU負荷が低くなります。

次に例を示します。

root # mount -o compress /dev/sdx /mnt

ファイルを作成し、そのファイルに書き込む場合で、圧縮された結果のサイズが未圧縮サイズよりも大きいか等しい場合、Btrfsはこのファイルに以後も書き込みができるように圧縮をスキップします。この動作が必要ない場合、compress-forceオプションを使用します。最初の圧縮できないデータを含むファイルには有効です。

圧縮は、新規ファイルのみに効果があることに注意してください。圧縮なしで書き込まれたファイルは、ファイルシステムがcompressオプションまたはcompress-forceオプションを使用してマウントされたときに圧縮されません。また、nodatacow属性を持つファイルのエクステントは圧縮されません。

root # chattr +C FILE
root # mount -o nodatacow  /dev/sdx /mnt

暗号化は、圧縮処理とは関係のない独立した処理です。このパーティションにデータを書き込んだら、詳細を印刷してください。

root # btrfs filesystem show /mnt
btrfs filesystem show /mnt
Label: 'Test-Btrfs'  uuid: 62f0c378-e93e-4aa1-9532-93c6b780749d
        Total devices 1 FS bytes used 3.22MiB
      devid    1 size 2.00GiB used 240.62MiB path /dev/sdb1

永続的に設定したい場合、compressオプションまたはcompress-forceオプションを/etc/fstab設定ファイルに追加します。次に例を示します。

UUID=1a2b3c4d /home btrfs subvol=@/home,compress 0 0

既存のExt (Ext2、Ext3、またはExt4)またはReiserFSから、Btrfsファイルシステムへデータボリュームをマイグレートすることができます。変換プロセスはオフラインで、デバイス上において行われます。ファイルシステムは、このデバイスに少なくとも15%に相当する空き領域を必要とします。

ファイルシステムをBtrfsに変換するには、ファイルシステムをオフラインにしてから、次のように入力します。

sudo btrfs-convert DEVICE

マイグレーションを、元のファイルシステムにロールバックするには、ファイルシステムをオフラインにしてから、次のように入力します。

sudo btrfs-convert -r DEVICE

警告: ルートファイルシステムの変換は未サポート

ルートファイルシステムをBtrfsに変換することはできません。既存のファイルシステムをそのまま使用するか、システム全体を初めから再インストールしてください。

重要: データ損失の可能性

元のファイルシステムにロールバックする際、Btrfsへの変換後に追加したデータはすべて失われます。つまり、元から存在するデータのみが、変換前のファイルシステムに逆変換されます。

Btrfsは、YaSTパーティショナおよびAutoYaST内に統合されています。これはインストール時に利用可能で、ルートファイルシステム用のソリューションを設定することができます。インストール後に、YaSTパーティショナを使用して、Btrfsのボリュームの参照と管理を行うことができます。

Btrfsの管理ツールは、btrfsprogsパッケージ内に用意されています。Btrfsコマンドの使用については、man 8 btrfs、man 8 btrfsck、およびman 8 mkfs.btrfsの各コマンドを参照してください。Btrfsの機能については、Btrfs wiki (http://btrfs.wiki.kernel.org)を参照してください。

Btrfs rootファイルシステムのサブボリューム/var/log、/var/crashおよび/var/cacheが、通常の操作時に利用可能なディスクスペースのすべてを使用でき、システムに不具合が発生します。この状況を回避するため、SUSE Linux Enterprise Serverではサブボリュームに対するBtrfsクォータのサポートを提供するようになりました。YaSTからの提案に従ってルートファイルシステムを設定する場合、ルートファイルシステムは必要に応じて準備されます。サブボリュームはすべて、クォータグループ(qgroup)を設定済みです。ルートファイルシステムのサブボリュームにクォータを設定するには、次の手順に従います。

ヒント: クォータの無効化

既存のクォータを無効にする場合、クォータサイズをnoneに設定します。

sudo btrfs qgroup limit none /var/tmp

特定のパーティションとそのすべてのサブボリュームのクォータサポートを無効にするには、btrfs quota disableを使用します。

sudo btrfs quota disable /

詳細については、man 8 btrfs-qgroupおよびman 8 btrfs-quotaを参照してください。Btrfs wiki (https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/UseCases)のUseCasesページにも詳細情報が記載されています。

Btrfsでは、ファイルシステムの状態をキャプチャするためのスナップショットを作成できます。Snapperでは、たとえばこの機能を使用してシステムの変更前後のスナップショットを作成することで、ロールバックを可能にしています。ただし、send/receive機能とスナップショットを併用すると、リモートの場所にファイルシステムのコピーを作成して管理することもできます。たとえば、この機能を使用してインクリメンタルバックアップを実行できます。

btrfs send操作は、同じサブボリュームの2つの読み込み専用スナップショットの差分を計算して、それをファイルまたはSTDOUTに送信します。Btrfs receive操作は、sendコマンドの結果を取得して、それをスナップショットに適用します。

1.2.6.2 インクリメンタルバックアップ #

 

次の手順では、/data(ソース側)のインクリメンタルバックアップを/backup/data(ターゲット側)に作成する場合を例にして、Btrfs send/receiveの基本的な使用方法を示します。/dataはサブボリュームである必要があります。

手順 1.1: 初期セットアップ #

 

1. ソース側に初期スナップショット(この例ではsnapshot_0という名前)を作成し、それがディスクに書き込まれていることを確認します。

   sudo btrfs subvolume snapshot -r /data /data/bkp_data
   sync

   新しいサブボリューム/data/bkp_dataが作成されます。これは次のインクリメンタルバックアップの基として使用されるので、参照用に保持しておく必要があります。

2. 初期スナップショットをターゲット側に送信します。これは初期のsend/receive操作であるため、完全なスナップショットを送信する必要があります。

   sudo bash -c 'btrfs send /data/bkp_data | btrfs receive /backup'

   ターゲット側に新しいサブボリューム/backup/bkp_dataが作成されます。

初期セットアップが完了したら、インクリメンタルバックアップを作成して、現在のスナップショットと以前のスナップショットの差分をターゲット側に送信できます。手順は常に同じです。

1. ソース側に新しいスナップショットを作成します。

2. 差分をターゲット側に送信します。

3. オプション: 両側のスナップショットの名前変更またはクリーンアップ、あるいはその両方を行います。

手順 1.2: インクリメンタルバックアップの実行 #

 

1. ソース側に新しいスナップショットを作成し、それがディスクに書き込まれていることを確認します。次の例では、スナップショットにbkp_data_CURRENT_DATEという名前が付いています。

   sudo btrfs subvolume snapshot -r /data /data/bkp_data_$(date +%F)
   sync

   新しいサブボリューム(たとえば、/data/bkp_data_2016-07-07)が作成されます。

2. 以前のスナップショットと新たに作成したスナップショットの差分をターゲット側に送信します。そのためには、オプション-p SNAPSHOTを使用して、以前のスナップショットを指定します。

   sudo bash -c 'btrfs send -p /data/bkp_data /data/bkp_data_2016-07-07 \
   | btrfs receive /backup'

   新しいサブボリューム/backup/bkp_data_2016-07-07が作成されます。

3. その結果、それぞれの側に2つずつ、合計4つのスナップショットが存在することになります。

   /data/bkp_data

   /data/bkp_data_2016-07-07

   /backup/bkp_data

   /backup/bkp_data_2016-07-07

   続行するには、次の3つのオプションがあります。

   • 両方の側のすべてのスナップショットを保持する。このオプションの場合、両方の側のどのスナップショットにもロールバックすることが可能であると同時に、すべてのデータの複製を保持していることになります。これ以上のアクションは必要ありません。次回のインクリメンタルバックアップを実行するときには、最後から2番目のスナップショットをsend操作の親として使用することに注意してください。

   • ソース側には最新のスナップショットのみを保持し、ターゲット側にはすべてのスナップショットを保持する。この場合も、両方の側のどのスナップショットにもロールバックできます。ソース側で特定のスナップショットへのロールバックを実行するには、ターゲット側からソース側に、完全なスナップショットのsend/receive操作を実行します。ソース側で削除/移動操作を実行します。

   • 両方の側に最新のスナップショットのみを保持する。この方法では、ソース側で作成された最新のスナップショットと同じ状態のバックアップがターゲット側にあります。ほかのスナップショットにロールバックすることはできません。ソース側とターゲット側で削除/移動操作を実行します。

   1. ソース側に最新のスナップショットのみを保持するには、次のコマンドを実行します。

      sudo btrfs subvolume delete /data/bkp_data
      sudo mv /data/bkp_data_2016-07-07 /data/bkp_data

      最初のコマンドで以前のスナップショットを削除し、2番目のコマンドで現在のスナップショットの名前を/data/bkp_dataに変更します。これにより、バックアップされた最新のスナップショットは常に/data/bkp_dataという名前になります。その結果、常にこのサブボリューム名をインクリメンタルsend操作の親として使用できます。

   2. ターゲット側に最新のスナップショットのみを保持するには、次のコマンドを実行します。

      sudo btrfs subvolume delete /backup/bkp_data
      sudo mv /backup/bkp_data_2016-07-07 /backup/bkp_data

      最初のコマンドで以前のバックアップスナップショットを削除し、2番目のコマンドで現在のスナップショットの名前を/backup/bkp_dataに変更します。これにより、最新のバックアップスナップショットは常に/backup/bkp_dataという名前になります。

ヒント: リモートターゲット側への送信

スナップショットをリモートマシンに送信するには、SSHを使用します。

btrfs send /data/bkp_data | ssh root@jupiter.example.com 'btrfs receive /backup'

Btrfsはデータ重複排除をサポートします。そのための方法として、ファイルシステム内の複数の同一ブロックを、共通ストレージロケーションにある、そのブロックの1つのコピーを指す論理リンクで置き換えます。SUSE Linux Enterprise Serverでは、ファイルシステムをスキャンして同一ブロックをチェックするduperemoveツールを提供しています。このツールをBtrfsファイルシステムで使用した場合、該当するブロックを重複排除することもできます。duperemoveはデフォルトではインストールされません。これを使用できるようにするには、パッケージ duperemove をインストールします。

注記: 使用例

SUSE Linux Enterprise Server 12 SP5 の時点では、duperemoveはファイルシステム全体の重複排除という用途には適していません。このツールは、仮想マシンイメージなど、大量のブロックが共通する可能性がある10～50個の大容量ファイルの重複排除に使用することを想定しています。

duperemoveは、ファイルのリストを処理することも、ディレクトリを再帰的にスキャンすることもできます。

sudo duperemove OPTIONS file1 file2 file3
sudo duperemove -r OPTIONS directory

動作モードには、読み込み専用と重複排除の2つがあります。読み込み専用モードで実行した場合(-dスイッチを指定しない)、指定されたファイルまたはディレクトリをスキャンして重複ブロックをチェックし、出力します。これは、どのファイルシステムでも機能します。

重複排除モードでのduperemoveの実行は、Btrfsファイルシステムでのみサポートされています。指定されたファイルまたはディレクトリをスキャンした後、重複しているブロックは重複排除用に送信されます。

詳細については、man 8 duperemoveを参照してください。

XFSファイルシステムの作成時に、ファイルシステムの基にあるブロックデバイスは、等しいサイズをもつ8つ以上の線形の領域に分割されます。これらを「アロケーショングループ」と呼びます。各アロケーショングループは、独自のinodeと空きディスクスペースを管理します。実用的には、アロケーショングループを、1つのファイルシステムの中にある複数のファイルシステムと見なすこともできます。アロケーショングループは互いに独立しているものではないため、複数のアロケーショングループをカーネルから同時にアドレス指定できるという特徴があります。この機能は、XFSの高いスケーラビリティに大きく貢献しています。独立性の高いアロケーショングループは、性質上、マルチプロセッサシステムのニーズに適しています。

空きスペースとinodeは、各アロケーショングループ内のB⁺-Treeによって処理されます。B⁺ツリーの採用は、XFSのパフォーマンスとスケーラビリティを大きく向上させています。XFSでは、プロセスを2分割して割り当てを処理する遅延割り当てを使用します。保留されているトランザクションはRAMの中に保存され、適切な量のスペースが確保されます。XFSは、この時点では、データを正確にはどこに(ファイルシステムのどのブロックに)格納するか決定していません。決定可能な最後の瞬間まで、この決定は遅延(先送り)されます。暫定的に使用される一時データは、ディスクに書き込まれません。XFSがデータの実際の保存場所を決定するまでに、その役割を終えているからです。このように、XFSは、書き込みのパフォーマンスを向上させ、ファイルシステムのフラグメンテーションを減少させます。遅延アロケーションは、他のファイルシステムより書き込みイベントの頻度を下げる結果をもたらすので、書き込み中にクラッシュが発生した場合、データ損失が深刻になる可能性が高くなります。

データをファイルシステムに書き込む前に、XFSはファイルが必要とする空きスペースを予約(プリアロケート、事前割り当て)します。したがって、ファイルシステムの断片化は大幅に減少します。ファイルの内容がファイルシステム全体に分散することがないので、パフォーマンスが向上します。

注記: 新しいXFSオンディスクフォーマット

SUSE Linux Enterprise Serverはバージョン12以降、XFSファイルシステムの新しい「オンディスクフォーマット」 (v5)をサポートしています。YaSTによって作成されるXFSファイルシステムは、この新しいフォーマットを使用します。このフォーマットの主な利点には、全XFSメタデータの自動チェックサム、ファイルタイプのサポート、および1つのファイルに対する大量のアクセス制御リストのサポートがあります。

このフォーマットは、SUSE Linux Enterpriseカーネルの3.12より古いバージョン、xfsprogsの3.2.0より古いバージョン、およびSUSE Linux Enterprise 12より前にリリースされたバージョンのGRUB 2ではサポートされて「いません」。このことは、これらの前提条件を満たさないシステムからもこのファイルシステムを使用する必要がある場合に問題になります。

XFSファイルシステムと古いSUSEシステムまたは他のLinuxディストリビューションとの相互運用性が必要な場合は、mkfs.xfsコマンドを使用して手動でファイルシステムをフォーマットします。これにより、古いフォーマットでXFSファイルシステムが作成されます(-m crc=1オプションを使用する場合を除く)。

Ext2のコードは、Ext3が次世代ファイルシステムであることを明確に主張するための強力な土台になりました。Ext3では、Ext2の信頼性および堅実性がExt3で採用されたジャーナルファイルシステムの利点とうまく統合されています。ReiserFSまたはXFSのような他のファイルシステムへの移行はかなり手間がかかります(ファイルシステム全体のバックアップを作成し、移行先ファイルシステムを新規に作成する必要があります)が、それとは異なり、Ext3への移行は数分で完了します。ファイルシステム全体を新たに作成し直しても、それが完璧に動作するとは限らないので、Ext3への移行は非常に安全でもあります。ジャーナルファイルシステムへのアップグレードを必要とする既存のExt2システムの数を考慮に入れると、多くのシステム管理者にとってExt3が重要な選択肢となり得る理由が容易にわかります。Ext3からExt2へのダウングレードも、アップグレードと同じほど容易です。Ext3ファイルシステムのアンマウントを正常に行い、Ext2ファイルシステムとして再マウントします。

他のジャーナルファイルシステムは、「メタデータのみ」のジャーナルアプローチに従っています。つまり、メタデータは常に一貫した状態に保持されますが、ファイルシステムのデータ自体については、一貫性が自動的に保証されるわけではありません。Ext3は、メタデータとデータの両方に注意するよう設計されています。「注意」の度合いはカスタマイズできます。Ext3のdata=journalモードを有効にした場合、最大の保護(データの完全性)を実現しますが、メタデータとデータの両方がジャーナル化されるので、システムの動作が遅くなります。比較的新しいアプローチは、data=orderedモードを使用することです。これは、データとメタデータ両方の完全性を保証しますが、ジャーナルを適用するのはメタデータのみです。ファイルシステムドライバは、1つのメタデータの更新に対応するすべてのデータブロックを収集します。これらのブロックは、メタデータの更新前にディスクに書き込まれます。その結果、パフォーマンスを犠牲にすることなく、メタデータとデータの両方に関する一貫性を達成できます。3番目のオプションは、data=writebackを使用することです。これは、対応するメタデータをジャーナルにコミットした後で、データをメインファイルシステムに書き込むことを可能にします。多くの場合、このオプションは、パフォーマンスの点で最善と考えられています。しかし、内部のファイルシステムの完全性が維持される一方で、クラッシュと回復を実施した後では、古いデータがファイル内に再登場させてしまう可能性があります。Ext3では、デフォルトとして、data=orderedオプションを使用します。

Ext2ファイルシステムをExt3に変換するには、次の手順に従います。

inodeには、ファイルシステム内のファイルとそのブロック位置に関する情報が格納されます。拡張した属性とACLのためのスペースをinode内に確保するため、Ext3のデフォルトのinodeサイズは、SLES 10での128バイトから、SLES 11では256バイトに拡大されました。SLES 10と比較して、SLES 11上で新しいExt3ファイルシステムを作成する際、同数のinodeに対する事前割り当てされたデフォルトのスペースの量は2倍になり、ファイルシステム内のファイルに対して使用可能なスペースは、その分少なくなっています。したがって、同数のinodeとファイルを収容するのに、SLES 10上のExt3ファイルシステムの場合より大きなパーティションを使用する必要があります。

新規のExt3ファイルシステムを作成する際、inodeテーブル内のスペースは、作成可能なinodeの総数に対して事前に割り当てられています。バイト数/inode数の比率と、ファイルシステムのサイズによって、inode数の上限が決まります。ファイルシステムが作成されると、バイト数/inode数のバイト数の各スペースに対して、1つのinodeが作成されます。

number of inodes = total size of the file system divided by the number of bytes per inode

inodeの数によって、ファイルシステム内に保有できるファイルの数が決まります。つまり、各ファイルにつき1つのinodeです。inodeサイズの増大と、利用可能なスペースの縮小に対応するため、バイト数/inode数の比率のデフォルトが、SLES 10での8192バイトから、SLES 11では16384バイトに増えています。この2倍に増えた比率により、作成可能なファイルの数は、SLES 10上のExt3ファイルシステムで可能だった数の半分となります。

重要: 既存のExt3ファイルシステムのInodeサイズの変更

inodeの割り当て後は、inodeサイズやバイト数/inode数の比率の設定を変えることはできません。異なる設定のファイルシステムを再度作成するか、ファイルシステムを拡張しない限り、新規のinodeは設定できません。inodeの最大数を超えると、ファイルをいくつか削除するまで、ファイルシステム上に新規のファイルを作成することはできません。

新規のExt3ファイルシステムを作成する際に、inodeのスペース使用をコントロールするためのinodeサイズとバイト数/inode数の比率、およびファイルシステム上のファイル数の上限を指定することができます。ブロックサイズ、inodeサイズ、およびバイト数/inode数の比率が指定されない場合は、/etc/mked2fs.confファイル内のデフォルト値が適用されます。詳細については、mke2fs.conf(5)マニュアルページを参照してください。

次のガイドラインを使用します。

Ext3ファイルシステムで拡張属性またはACLを使用しない場合は、ファイルシステムの作成時に、inodeサイズとして128バイト、バイト数/inode数の比率として8192バイトを指定して、SLES 10の動作を復元することができます。inodeサイズとバイト数/inode数の比率を設定するには、次のいずれかの方法を使用します。

詳細については、http://www.suse.com/support/kb/doc.php?id=7009075を参照してください(SLES11のExt3パーティションには、SLES10で格納できるファイルの50%しか格納することができません) [技術情報文書7009075]。

Btrfsファイルシステムを使用しているルート(/)パーティションにデータを書き込めなくなります。「No space left on device」というエラーが表示されます。

考えられる原因とこの問題の回避策については、この後の各項を参照してください。

SSD(Solid-State Drive)およびシンプロビジョニングされたボリュームでは、ファイルシステムによって使用されていないブロックに対してTrimを実行すると効果的です。SUSE Linux Enterprise Serverは、unmapまたはtrimの手法をサポートするすべてのファイルシステムで、これらの操作を完全にサポートします。

SUSE Linux Enterprise Serverでサポートされるファイルシステム(Btrfsを除く)のTrimの方法としては、/sbin/wiper.shを実行することをお勧めします。このスクリプトを実行する前に、必ず/usr/share/doc/packages/hdparm/README.wiperを読んでください。ほとんどのデスクトップおよびサーバシステムでは、Trimは週1回実行すれば十分です。ファイルシステムを-o discardでマウントすることは、パフォーマンスの低下を伴い、SSDの寿命に悪影響を与えることがあるため、推奨しません。

警告: Btrfsでwiper.shを使用しないでください。

wiper.shスクリプトは、読み書き可能でマウントされたExt4またはXFSファイルシステム、読み込み専用でマウント/マウント解除されたExt2、Ext3、Ext4、またはXFSファイルシステムにTrim操作を実行します。データを破損する可能性があるため、Btrfsファイルシステムでwiper.shを使用しないでください。代わりに、btrfsmaintenanceパッケージの一部である、/usr/share/btrfsmaintenance/btrfs-trim.shを使用してください。