ハンドブック:HPPA/インストール/ディスク

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ブロックデバイスの概要

ブロックデバイス

Gentoo Linuxの、そしてLinux一般の、Linuxファイルシステム、パーティション、ブロックデバイスを含めた、ディスク中心の考え方について詳しく見てみましょう。ディスクの入出力とファイルシステムについて理解することで、Gentoo Linuxインストールのためのパーティションとファイルシステムを構築できるようになります。

まずはブロックデバイスについて見ていきます。最も有名なブロックデバイスはおそらく、Linuxシステム上で1番目のドライブを表す、/dev/sdaでしょう。SCSIとSerial ATAドライブは/dev/sd*と名付けられます。より新しいlibataフレームワークがカーネルに組み込まれていれば、IDEデバイスも/dev/sd*と名付けられます。古いデバイスフレームワークを使っていれば、1番目のIDEドライブは/dev/hdaになるでしょう。

The following table will help readers determine where to find a certain type of block device on the system:

Type of device Default device handle Editorial notes and considerations
SATA, SAS, SCSI, or USB flash /dev/sda Found on hardware from roughly 2007 until the present, this device handle is perhaps the most commonly used in Linux. These types of devices can be connected via the SATA bus, SCSI, USB bus as block storage. As example, the first partition on the first SATA device is called /dev/sda1.
NVM Express (NVMe) /dev/nvme0n1 The latest in solid state technology, NVMe drives are connected to the PCI Express bus and have the fastest transfer block speeds on the market. Systems from around 2014 and newer may have support for NVMe hardware. The first partition on the first NVMe device is called /dev/nvme0n1p1.
MMC, eMMC, and SD /dev/mmcblk0 embedded MMC devices, SD cards, and other types of memory cards can be useful for data storage. That said, many systems may not permit booting from these types of devices. It is suggested to not use these devices for active Linux installations; rather consider using them to transfer files, which is their design goal. Alternatively they could be useful for short-term backups.

上のブロックデバイスは、ディスクへの抽象的なインターフェースを表しています。ユーザープログラムはこれらのブロックデバイスを用いて、デバイスがIDE、SCSI、もしくは他のものであるかどうかを心配することなしにディスクと通信することができます。プログラムは容易にディスク上の記憶領域を、ランダムアクセスできる512バイトごとの連続領域としてアドレッシングできます。


パーティションとスライス

理論的にはディスク全体をLinuxシステムに使用することが出来ますが、実際にはほとんど行われません。その代わりに、ディスクブロックデバイス全体を小さく、より扱いやすいブロックデバイスに分割します。ほとんどのシステムでは、これはパーティションと呼ばれます。スライスと呼ばれる、似た技術を使用するアーキテクチャも存在します。

Designing a partition scheme

How many partitions and how big?

The design of disk partition layout is highly dependent on the demands of the system and the file system(s) applied to the device. If there are lots of users, then it is advised to have /home on a separate partition which will increase security and make backups and other types of maintenance easier. If Gentoo is being installed to perform as a mail server, then /var should be a separate partition as all mails are stored inside the /var directory. Game servers may have a separate /opt partition since most gaming server software is installed therein. The reason for these recommendations is similar to the /home directory: security, backups, and maintenance.

In most situations on Gentoo, /usr and /var should be kept relatively large in size. /usr hosts the majority of applications available on the system and the Linux kernel sources (under /usr/src). By default, /var hosts the Gentoo ebuild repository (located at /var/db/repos/gentoo) which, depending on the file system, generally consumes around 650 MiB of disk space. This space estimate excludes the /var/cache/distfiles and /var/cache/binpkgs directories, which will gradually fill with source files and (optionally) binary packages respectively as they are added to the system.

How many partitions and how big very much depends on considering the trade-offs and choosing the best option for the circumstance. Separate partitions or volumes have the following advantages:

  • Choose the best performing filesystem for each partition or volume.
  • The entire system cannot run out of free space if one defunct tool is continuously writing files to a partition or volume.
  • If necessary, file system checks are reduced in time, as multiple checks can be done in parallel (although this advantage is realized more with multiple disks than it is with multiple partitions).
  • Security can be enhanced by mounting some partitions or volumes read-only, nosuid (setuid bits are ignored), noexec (executable bits are ignored), etc.


However, multiple partitions have certain disadvantages as well:

  • If not configured properly, the system might have lots of free space on one partition and little free space on another.
  • A separate partition for /usr/ may require the administrator to boot with an initramfs to mount the partition before other boot scripts start. Since the generation and maintenance of an initramfs is beyond the scope of this handbook, we recommend that newcomers do not use a separate partition for /usr/.
  • There is also a 15-partition limit for SCSI and SATA unless the disk uses GPT labels.
Note
If you intend to uses Systemd, /usr/ must be available on boot, either as part of the root filesystem or mounted via an initramfs.

What about swap space?

There is no perfect value for swap space size. The purpose of the space is to provide disk storage to the kernel when internal memory (RAM) is under pressure. A swap space allows for the kernel to move memory pages that are not likely to be accessed soon to disk (swap or page-out), which will free memory in RAM for the current task. Of course, if the pages swapped to disk are suddenly needed, they will need to be put back in memory (page-in) which will take considerably longer than reading from RAM (as disks are very slow compared to internal memory).

When a system is not going to run memory intensive applications or has lots of RAM available, then it probably does not need much swap space. However do note in case of hibernation that swap space is used to store the entire contents of memory (likely on desktop and laptop systems rather than on server systems). If the system requires support for hibernation, then swap space larger than or equal to the amount of memory is necessary.

As a general rule, the swap space size is recommended to be twice the internal memory (RAM). For systems with multiple hard disks, it is wise to create one swap partition on each disk so that they can be utilized for parallel read/write operations. The faster a disk can swap, the faster the system will run when data in swap space must be accessed. When choosing between rotational and solid state disks, it is better for performance to put swap on the SSD. Also, swap files can be used as an alternative to swap partitions; this is mostly interesting for systems with very limited disk space.


HPPAでのfdiskの使用

必要なパーティションを作成するのにfdiskを使用してください:

root #fdisk /dev/sda

HPPAのマシンは、PC標準のDOSパーティションテーブルを使用します。新しいDOSパーティションテーブルを作成するために、oキーを押してください。

Command (m for help):o
Building a new DOS disklabel.

PALO(HPPAのブートローダ)は、動作するために特別なパーティションを必要とします。PALO用に、ディスクの先頭に最低16MBのパーティションを作成する必要があります。パーティションの種類はf0(Linux/PA-RISC boot)でなければなりません。

重要
もしこれを忘れ、特別なPALOパーティションなしでインストールが進んでしまうと、結局システムは再スタートに失敗するでしょう。また、もしディスクが2GB以上ある場合、ブートパーティションは確実にディスクの最初の2GB以内に収めてください。PALOは2GB以降のカーネルを読み込むことが出来ません。
FILE /etc/fstab単純でデフォルトのパーティション設計
/dev/sda2    /boot   ext2    noauto,noatime   1 1
/dev/sda3    none    swap    sw               0 0
/dev/sda4    /       ext4    noatime          0 0

fdiskでは、このようなパーティションレイアウトなら以下のような出力になるでしょう:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda: 4294 MB, 4294816768 bytes
133 heads, 62 sectors/track, 1017 cylinders
Units = cylinders of 8246 * 512 = 4221952 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1               1           8       32953   f0  Linux/PA-RISC boot
/dev/sda2               9          20       49476   83  Linux
/dev/sda3              21          70      206150   82  Linux swap
/dev/sda4              71        1017     3904481   83  Linux


ファイルシステムを作成する

はじめに

パーティションが作成できたら、その上にファイルシステムを作成します。次の節ではLinuxがサポートする各種ファイルシステムを紹介します。どのファイルシステムを使うかをすでに決めているなら、パーティションにファイルシステムを適用するへ進みましょう。そうでなければ、次の節を読んで利用可能なファイルシステムについて知るのがよいでしょう。

ファイルシステム

利用可能なファイルシステムは複数あります。そのうちいくつかはアーキテクチャhppa上で安定して動作するとされています--重要なパーティションに実験的なファイルシステムを選択するときは、事前にファイルシステムのサポート状況を十分に知っておくことを推奨します。

btrfs
スナップショット、チェックサムによる自己修復、透過的圧縮、サブボリューム、RAIDの統合など、多くの先進機能を提供する次世代のファイルシステムです。いくつかのディストリビューションはこれをすぐに使えるオプションとして提供し始めていますが、未だ製品に使える状態ではありません。ファイルシステムが壊れたという報告はよくあります。開発者はユーザーに、安全のため最新のカーネルバージョンを使うようしきりに促しています。古いカーネルには既知の問題があるからです。この状況は何年も続いており、事態が変わってきたと判断するには早すぎます。問題への修正が古いカーネルにバックポートされることは滅多にありません。このファイルシステムを使う際は十分注意を払うようにしてください。
ext2
試練を受けた本当のLinuxファイルシステムですが、メタデータジャーナリングがないため、起動時に行われる毎回のext2ファイルシステムチェックは時間のかかるものになります。今ではジャーナルの効く新世代の、整合性を非常に素早くチェックできるファイルシステムの選択肢が数多くありますから、一般的にはそちらのほうが、ジャーナルの効かない対抗馬より好まれます。ジャーナルの効くファイルシステムは、システム起動の際たまたまファイルシステムに不整合があった場合の長い遅延を防いでくれます。
ext3
ジャーナルが有効になった ext2 ファイルシステムであり、full data及びordered dataジャーナリングといった強力なジャーナリングモードに加え、高速な修復のためのメタデータジャーナリングをサポートします。HTreeインデックスによって、ほぼすべての状況で高いパフォーマンスが可能になります。簡単にいえば、ext3 はとても優れた信頼できるファイルシステムです。
ext4
もともと ext3 のフォークとして作られた ext4 は、新機能、パフォーマンスの向上と、ディスク上でのフォーマットの適度な変更による、サイズ制限の撤廃を提供します。ボリュームは1EBまで広げることができ、最大のファイルサイズは16TBです。古典的なext2/3のbitmap block割当ての代わりに、ext4 はextentを使い、大きなファイルでのパフォーマンスを向上し、断片化を減らしています。ext4は他にもより洗練されたアロケーションアルゴリズム(遅延割当てと複数ブロック割当て)を提供し、ファイルシステムドライバーに、ディスク上のデータのレイアウトを最適化するより多くの方法を与えています。ext4 は推奨される、全目的、全プラットフォームのファイルシステムです。
f2fs
Flash-Friendly File Systemはもともと、SamsungによってNANDフラッシュメモリで利用するために作られました。2016年Q2現在、このファイルシステムはまだ未熟なものと思われますが、GentooをmicroSDカードやUSBスティックや他のフラッシュベースの記憶装置にインストールする際にはすばらしい選択でしょう。
JFS
IBMの高パフォーマンスジャーナリングファイルシステムです。JFSは軽量、高速かつ信頼できる、B+木ベースのファイルシステムで、様々な条件で良いパフォーマンスが出ます。
ReiserFS
B+木ベースのジャーナルが有効なファイルシステムで、全体的に良いパフォーマンスが出ます。特に、大量の小さなファイルを扱う際は、CPUサイクルを多く消費するものの、高いパフォーマンスを得ることができます。ReiserFSは他のファイルシステムと比べるとあまり保守されていないように思われます。
XFS
メタデータジャーナリングのあるファイルシステムで、堅牢な機能セットを持ち、スケーラビリティに最適化されています。XFSはどうやら、様々なハードウェアの問題に対してはあまり寛大ではないようです。
vfat
別名FAT32。Linuxでサポートされていますが、いかなるパーミッションの設定もサポートされていません。ほとんど、他のOS(主にMicrosoft Windows)との相互運用性のために使われていますが、いくつかのシステムファームウェア(たとえばUEFI)でも必要になります。
NTFS
この "New Technology" ファイルシステムは、Microsoft Windowsのフラッグシップファイルシステムです。上記のvfatと同様、BSDやLinuxが正しく動作するために必要なパーミッション設定や拡張属性を保持しないため、ルートファイルシステムとして使うことはできません。Microsoft Windowsとの相互運用のためにのみ使うべきです(「のみ」の強調に注意してください)。

パーティションにファイルシステムを適用する

パーティションまたはボリュームの上にファイルシステムを作成するには、ファイルシステムごとに異なるユーザースペースのユーティリティが利用可能です。下表でファイルシステムの名前をクリックすると、それぞれに追加の情報が得られます:

ファイルシステム 作成コマンド Minimal CD にある? パッケージ
btrfs mkfs.btrfs はい sys-fs/btrfs-progs
ext2 mkfs.ext2 はい sys-fs/e2fsprogs
ext3 mkfs.ext3 はい sys-fs/e2fsprogs
ext4 mkfs.ext4 はい sys-fs/e2fsprogs
f2fs mkfs.f2fs はい sys-fs/f2fs-tools
jfs mkfs.jfs はい sys-fs/jfsutils
reiserfs mkfs.reiserfs はい sys-fs/reiserfsprogs
xfs mkfs.xfs はい sys-fs/xfsprogs
vfat mkfs.vfat はい sys-fs/dosfstools
NTFS mkfs.ntfs はい sys-fs/ntfs3g

例えば、パーティション構造例の通りに、ブートパーティション(/dev/sda2)をext2に、ルートパーティション(/dev/sda4)をext4に設定するには、次のコマンドが使えます:

root #mkfs.ext2 /dev/sda2
root #mkfs.ext4 /dev/sda4

ext2、ext3、ext4を(8GB以下の)小さいパーティションに使用するときは、十分なinode数を確保できるように適切なオプションを指定してファイルシステムを作成する必要があります。mke2fs (mkfs.ext2)アプリケーションは、「inodeあたりのバイト数」を指定することで、ファイルシステムが持つべきinode数を計算することができます。もっと小さいパーティションでは、計算されたinode数よりも大きい値を設定するとよいでしょう。

root #mkfs.ext2 -T small /dev/<device>
root #mkfs.ext3 -T small /dev/<device>
root #mkfs.ext4 -T small /dev/<device>

上のコマンドは通常では、「inodeあたりのバイト数」を16kBから4kBに減らすので、ファイルシステムに4倍のinode数を確保できます。比率を指定することで、さらに細かく調節することもできます:

それでは、新しく作成したパーティション(または論理ボリューム)にファイルシステムを作成しましょう。

スワップパーティションを有効にする

mkswapはスワップパーティションを初期化するために使われるコマンドです:

root #mkswap /dev/sda3

スワップパーティションを有効化するには、swaponを使います:

root #swapon /dev/sda3

上述のコマンドで、スワップを作成して有効化しましょう。

ルートパーティションのマウント

パーティションが初期化され、ファイルシステムを格納したので、それらのパーティションをマウントする時です。 mount コマンドを使用しますが、作成されたすべてのパーティションに必要なマウントディレクトリを作成することを忘れないでください。例として、 rootパーティションをマウントします。

root #mount /dev/sda4 /mnt/gentoo
Note
もし/tmp/を別のパーティションに置く必要があるなら、マウントしたあと権限の変更を忘れずに行ってください:
root #chmod 1777 /mnt/gentoo/tmp
/var/tmpについても同様です。

このあと解説の中で、proc ファイルシステム(仮想的なカーネルとのインターフェース)が、他のカーネル擬似ファイルシステムと同様にマウントされますが、まず最初は、Gentooインストールファイルをインストールします。