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10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。

# mount -o compress=zstd /dev/sdx /mnt

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

# 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

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

btrfs-convertツールを使用して、既存のReiserFSまたはExt (Ext2、Ext3、またはExt4)からBtrfsファイルシステムにデータボリュームをマイグレートすることができます。これにより、アンマウントされた(オフライン)ファイルシステムのインプレース変換を実行できます。これにはbtrfs-convertツールとともにブート可能なインストールメディアが必要な場合があります。このツールは元のファイルシステムの空き領域内にBtrfsファイルシステムを構築し、それに含まれているデータに直接リンクします。メタデータを作成するにはデバイスに十分な空き領域が必要です。さもないと変換に失敗します。元のファイルシステムはそのままとなり、Btrfsファイルシステムによって空き領域が占有されることはありません。必要なスペースの量はファイルシステムのコンテンツによって決まりますが、そこに含まれるファイルシステムオブジェクト(ファイル、ディレクトリ、拡張属性)の数によって左右される場合があります。データは直接参照されるため、ファイルシステム上のデータ量は変換に必要なスペースに影響を与えません。ただし、テールパッキングを使用するファイルや2KiBを超えるサイズのファイルは除きます。

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に変換する操作はサポートも推奨もされません。さまざまなステップをそれぞれのセットアップに合わせる必要があるため、このような変換の自動化は不可能です。このプロセスには、適切なロールバックを実行するために複雑な設定を行う必要があり、/bootがルートファイルシステム上にある必要があり、システムに専用のサブボリュームが存在する必要があるなどの要件があります。そのため、既存のファイルシステムを保持するか、新たにシステム全体を再インストールしてください。

元のファイルシステムをBtrfsファイルシステムに変換するには、次のコマンドを実行します。

# btrfs-convert /path/to/device

重要: チェック /etc/fstab

変換後は、/etc/fstabに記載されている元のファイルシステムへのすべての参照で、デバイスにBtrfsファイルシステムがあることが示されるように調整されていることを確認する必要があります。

変換時には、Btrfsファイルシステムのコンテンツにソースファイルシステムのコンテンツが反映されます。ソースファイルシステムは、fs_root/reiserfs_saved/imageで作成された関連する読み込み専用イメージを削除するまで保持されます。イメージファイルの実態は、変換前におけるReiserFSファイルシステムの「スナップショット」であり、Btrfsファイルシステムが変更されても変わりません。イメージファイルを削除するには、reiserfs_savedサブボリュームを削除します。

# btrfs subvolume delete fs_root/reiserfs_saved

ファイルシステムを元に戻すには、次のコマンドを使用します。

# btrfs-convert -r /path/to/device

警告: 失われる変更

Btrfsファイルシステムとしてマウントされているファイルシステムへの変更はすべて失われます。マウント中には負荷分散操作を実行しないでください。さもないと、ファイルシステムが正しく復元されなくなります。

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ルートファイルシステムのサブボリューム(/var/log、/var/crash、または/var/cacheなど)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Btrfsサブボリュームに対するクォータのサポートを提供するようになりました。YaSTの提案からルートファイルシステムを設定すると、サブボリュームのクォータを有効にして設定する準備が整います。

1.2.5.2 コマンドラインでのBtrfsクォータの設定 #

 

コマンドラインで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。

1. クォータサポートを有効にします。

   > sudo btrfs quota enable /

2. サブボリュームのリストを取得します。

   > sudo btrfs subvolume list /

   クォータは既存のサブボリュームにのみ設定できます。

3. 前の手順で表示されたサブボリュームの1つにクォータを設定します。サブボリュームは、パス(/var/tmpなど)または0/SUBVOLUME ID (0/272など)のどちらかによって識別できます。次に、/var/tmpに5 GBのクォータを設定する例を示します。

   > sudo btrfs qgroup limit 5G /var/tmp

   サイズは、バイト(5000000000)、キロバイト(5000000K)、メガバイト(5000M)、またはギガバイト(5G)のいずれかの単位で指定できます。結果として得られるサイズは多少異なります。これは、1024バイト=1KiB、1024KiB=1MiBなどだからです。

4. 既存のクォータを一覧にするには、次のコマンドを使用します。max_rfer列に、クォータがバイト単位で表示されます。

   > sudo btrfs qgroup show -r /

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 /

重要: スワッピングを使用したスナップショット

有効なスワップファイルがソースサブボリュームに含まれている場合、スナップショットを作成できません。

SLESでは、結果のスワップファイルに関連する次の条件が満たされている場合、Btrfsファイルシステム上のファイルへのスワッピングをサポートしています。

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。

1.2.7.2 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。Btrfsファイルシステムで使用される場合、これらのブロックを重複排除して、ファイルシステムのスペースを節約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。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: 大量のデータセットの重複排除

大量のファイルを重複排除する場合は、--hashfileオプションを使用します。

> sudo duperemove --hashfile HASH_FILE file1 file2 file3

--hashfileオプションは、すべての指定されたファイルのハッシュをRAMではなくHASH_FILEに保存して、使い果たされるのを防ぎます。HASH_FILEは再利用可能です。ベースラインハッシュファイルを生成した最初の実行後、大量のデータセットへの変更を非常に迅速に重複排除できます。

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。

特定の目的のためにルートファイルシステムからデフォルトのBtrfsサブボリュームの1つを削除する必要がある場合があります。それらの1つはサブボリューム、たとえば@/homeまたは@/srvを別のデバイスのファイルシステムに変換します。次の手順は、Btrfsサブボリュームを削除する方法を示しています。

SUSE Linux Enterprise Serverは、XFSファイルシステムの「オンディスクフォーマット」(v5)をサポートしています。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。

重要: V4は非推奨

XFSではV4フォーマットのファイルシステムが非推奨になっています。このファイルシステムフォーマットは次のコマンドで作成されました。

mkfs.xfs -m crc=0 DEVICE

このフォーマットはSLE 11以前のリリースで使用されましたが、現在このフォーマットを使用するとdmesgによって次の警告メッセージが表示されます。

Deprecated V4 format (crc=0) will not be supported after September 2030

dmesgコマンドの出力に上記のメッセージが表示されたら、ファイルシステムをV5フォーマットに更新することをお勧めします。

1. データを別のデバイスにバックアップします。

2. そのデバイスにファイルシステムを作成します。

   mkfs.xfs -m crc=1 DEVICE

3. 更新したデバイスにバックアップからデータを復元します。

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。XFSのような他のジャーナリング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。

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。

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。Ext4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。data=journalモードでExt4をマウントすると、最大の保護(データの完全性)が実現されますが、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。別のアプローチは、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番目のマウントオプションは、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。Ext4では、デフォルトとして、data=orderedオプションを使用します。

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。拡張された属性およびACL用にinodeのスペースを確保するために、デフォルトのinodeサイズが256バイトに拡大されました。

新規のExt4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。

重要: 既存のExt4ファイルシステムにおけるinodeサイズの変更は不可能

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Ext4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。

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。

定期TRIMは、定期的にsystemdによって呼び出されるfstrimコマンドによって処理されます。コマンドを手動で実行することもできます。

定期TRIMをスケジュールするには、次のようにfstrim.timerを有効にします。

> sudo systemctl enable fstrim.timer

systemdは/usr/lib/systemd/systemにユニットファイルを作成します。デフォルトでは、このサービスは1週間に1回実行されます。通常はこれで十分です。ただし、OnCalendarオプションを目的の値に設定することによって頻度を変更できます。

fstrimのデフォルト動作は、ファイルシステムですべてのブロックを破棄することです。コマンドを呼び出すときにオプションを使用してこの動作を変更できます。たとえば、offsetオプションを渡してトリミング手順の開始地点を定義できます。詳細については、man fstrimを参照してください。

fstrimコマンドを実行すると、/etc/fstabファイルに保存されているすべてのデバイスでトリミングを実行できます。これはTRIM操作をサポートしています。この目的でコマンドを呼び出すときには-Aオプションを使用します。

特定のデバイスのトリミングを無効にするには、次のようにX-fstrim.notrimオプションを/etc/fstabファイルに追加します。

UID=83df497d-bd6d-48a3-9275-37c0e3c8dc74  /  btrfs  defaults,X-fstrim.notrim                      0  0

デバイスのオンラインTRIMは、デバイスにデータを書き込むたびに実行されます。

デバイスのオンラインTRIMを有効にするには、次のようにdiscardオプションを/etc/fstabファイルに追加します。

UID=83df497d-bd6d-48a3-9275-37c0e3c8dc74  /  btrfs  defaults,discard

また、Ext4ファイルシステムでtune2fsコマンドを使用して/etc/fstabにdiscardオプションを設定します。

> sudo tune2fs -o discard DEVICE

discardオプションを指定してmountによってデバイスがマウントされた場合も、discardオプションは/etc/fstabに追加されます。

> sudo mount -o discard DEVICE

注記: オンラインTRIMの欠点

discardオプションを使用すると、一部の低品質SSDデバイスの寿命が短くなる場合があります。オンラインTRIMによってデバイスのパフォーマンスに悪影響が及ぶ場合もあります(大量のデータが削除される場合など)。この状況では、消去ブロックが再割り当てされ、そのすぐ後に同じ消去ブロックが未使用として再度マークされる場合があります。

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」というエラーが発生します。

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。

btrfs balanceコマンドは、btrfs-progsパッケージの一部です。次の状況例では、Btrfsファイルシステムのブロックグループのバランスを取ります。

ヒント

Btrfsファイルシステム上のデータのバランスを取るデフォルトの動作(たとえば、バランスを取る頻度やマウントポイント)を微調整するには、/etc/sysconfig/btrfsmaintenanceを検査してカスタマイズします。関連するオプションは、BTRFS_BALANCE__で開始されます。

btrfs balanceコマンドの使用に関する詳細については、そのマニュアルページ(man 8 btrfs-balance)を参照してください。

Linuxファイルシステムには、データフラグメンテーションを回避するメカニズムがあり、通常はデフラグメントする必要はありません。ただし、データフラグメンテーションを回避できない場合、およびハードディスクのデフラグメンテーションによってパフォーマンスが大幅に向上する場合に使用するケースがあります。

これは従来のハードディスクにのみ適用されます。フラッシュメモリを使用してデータを保存するソリッドステートディスク(SSD)では、ファームウェアによってデータを書き込むチップを判断するアルゴリズムが提供されます。データは通常、ドライブ全体に分散されます。したがって、SSDのデフラグメンテーションは望ましい効果がなく、不要なデータを書き込むことにより、SSDの製品寿命を縮めます。

この理由のため、SUSEではSSDでデフラグメントしないことを明示的にお勧めします。一部のベンダーも、ソリッドステートディスクをデフラグメントすることについて警告しています。これには、次のものが含まれますが、これに限定されません。