ハンドブック:MIPS/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。

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

Although it is theoretically possible to use a full disk to house your Linux system, this is almost never done in practice. Instead, full disk block devices are split up in smaller, more manageable block devices. These are called partitions.

Designing a partition scheme

How many partitions and how big?

The number of partitions is highly dependent on the environment. For instance, if there are lots of users, then it is advised to have /home/ separate as it increases security and makes backups easier. If Gentoo is being installed to perform as a mail server, then /var/ should be separate as all mails are stored inside /var/. A good choice of filesystem will then maximize the performance. Game servers will have a separate /opt/ as most gaming servers are installed there. The reason is similar for the /home/ directory: security and backups. In most situations, /usr/ is to be kept big: not only will it contain the majority of applications, it typically also hosts the Gentoo ebuild repository (by default located at /usr/portage) which already takes around 650 MiB. This disk space estimate excludes the packages/ and distfiles/ directories that are generally stored within this ebuild repository.

It very much depends on what the administrator wants to achieve. 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 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 disadvantages as well. If not configured properly, the system might have lots of free space on one partition and none on another. Another nuisance is that separate partitions - especially for important mount points like /usr/ or /var/ - often require the administrator to boot with an initramfs to mount the partition before other boot scripts start. This isn't always the case though, so results may vary.

There is also a 15-partition limit for SCSI and SATA unless the disk uses GPT labels.

What about swap space?

There is no perfect value for the swap partition. The purpose of swap 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), freeing memory. Of course, if that memory is suddenly needed, these pages need to be put back in memory (page-in) which will take a while (as disks are very slow compared to internal memory).

When the system is not going to run memory intensive applications or the system has lots of memory available, then it probably does not need much swap space. However, swap space is also used to store the entire memory in case of hibernation. If the system is going to need hibernation, then a bigger swap space is necessary, often at least the amount of memory installed in the system.


fdisk を用いる

SGI machines: Creating an SGI disk label

All disks in an SGI System require an SGI Disk Label, which serves a similar function as Sun & MS-DOS disklabels -- It stores information about the disk partitions. Creating a new SGI Disk Label will create two special partitions on the disk:

  • SGI Volume Header (9th partition): This partition is important. It is where the bootloader will reside, and in some cases, it will also contain the kernel images.
  • SGI Volume (11th partition): This partition is similar in purpose to the Sun Disklabel's third partition of "Whole Disk". This partition spans the entire disk, and should be left untouched. It serves no special purpose other than to assist the PROM in some undocumented fashion (or it is used by IRIX in some way).
Warning
The SGI Volume Header must begin at cylinder 0. Failure to do so means a failure to boot from the disk.

The following is an example excerpt from an fdisk session. Read and tailor it to personal preference...

root #fdisk /dev/sda

Switch to expert mode:

Command (m for help):x

With m the full menu of options is displayed:

Expert command (m for help):m
Command action
   b   move beginning of data in a partition
   c   change number of cylinders
   d   print the raw data in the partition table
   e   list extended partitions
   f   fix partition order
   g   create an IRIX (SGI) partition table
   h   change number of heads
   m   print this menu
   p   print the partition table
   q   quit without saving changes
   r   return to main menu
   s   change number of sectors/track
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit

Build an SGI disk label:

Expert command (m for help):g
Building a new SGI disklabel. Changes will remain in memory only,
until you decide to write them. After that, of course, the previous
content will be irrecoverably lost.

Return to the main menu:

Expert command (m for help):r

Take a look at the current partition layout:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda (SGI disk label): 64 heads, 32 sectors, 17482 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
----- partitions -----
Pt#     Device  Info     Start       End   Sectors  Id  System
 9:  /dev/sda1               0         4     10240   0  SGI volhdr
11:  /dev/sda2               0     17481  35803136   6  SGI volume
----- Bootinfo -----
Bootfile: /unix
----- Directory Entries -----
Note
If the disk already has an existing SGI Disklabel, then fdisk will not allow the creation of a new label. There are two ways around this. One is to create a Sun or MS-DOS disklabel, write the changes to disk, and restart fdisk. The second is to overwrite the partition table with null data via the following command: dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1

Resizing the SGI volume header

Important
This step is often needed, due to a bug in fdisk. For some reason, the volume header isn't created correctly, the end result being it starts and ends on cylinder 0. This prevents multiple partitions from being created. To get around this issue... read on.

Now that an SGI Disklabel is created, partitions may now be defined. In the above example, there are already two partitions defined. These are the special partitions mentioned above and should not normally be altered. However, for installing Gentoo, we'll need to load a bootloader, and possibly multiple kernel images (depending on system type) directly into the volume header. The volume header itself can hold up to eight images of any size, with each image allowed eight-character names.

The process of making the volume header larger isn't exactly straight-forward; there's a bit of a trick to it. One cannot simply delete and re-add the volume header due to odd fdisk behavior. In the example provided below, we'll create a 50MB Volume header in conjunction with a 50MB /boot/ partition. The actual layout of a disk may vary, but this is for illustrative purposes only.

Create a new partition:

Command (m for help):n
Partition number (1-16): 1
First cylinder (5-8682, default 5): 51
 Last cylinder (51-8682, default 8682): 101

Notice how fdisk only allows Partition #1 to be re-created starting at a minimum of cylinder 5? If we attempted to delete & re-create the SGI Volume Header this way, this is the same issue we would have encountered. In our example, we want /boot/ to be 50MB, so we start it at cylinder 51 (the Volume Header needs to start at cylinder 0, remember?), and set its ending cylinder to 101, which will roughly be 50MB (+/- 1-5MB).

Delete the partition:

Command (m for help):d
Partition number (1-16): 9

Now recreate it:

Command (m for help):n
Partition number (1-16): 9
First cylinder (0-50, default 0): 0
 Last cylinder (0-50, default 50): 50

If unsure how to use fdisk have a look down further at the instructions for partitioning on Cobalts. The concepts are exactly the same -- just remember to leave the volume header and whole disk partitions alone.

Once this is done, create the rest of your partitions as needed. After all the partitions are laid out, make sure to set the partition ID of the swap partition to 82, which is Linux Swap. By default, it will be 83, Linux Native.

Partitioning Cobalt drives

On Cobalt machines, the BOOTROM expects to see a MS-DOS MBR, so partitioning the drive is relatively straightforward -- in fact, it's done the same way as done for an Intel x86 machine. However there are some things you need to bear in mind.

  • Cobalt firmware will expect /dev/sda1 to be a Linux partition formatted EXT2 Revision 0. EXT2 Revision 1 partitions will NOT WORK! (The Cobalt BOOTROM only understands EXT2r0)
  • The above said partition must contain a gzipped ELF image, vmlinux.gz in the root of that partition, which it loads as the kernel

For that reason, it is recommended to create a ~20MB /boot/ partition formatted EXT2r0 upon which to install CoLo & kernels. This allows the user to run a modern filesystem (EXT3 or ReiserFS) for the root filesystem.

In the example, it is assumed that /dev/sda1 is created to mount later as a /boot/ partition. To make this /, keep the PROM's expectations in mind.

So, continuing on... To create the partitions type fdisk /dev/sda at the prompt. The main commands to know are these:

CODE List of important fdisk commands
    o: Wipe out old partition table, starting with an empty MS-DOS partition table
    n: New Partition
    t: Change Partition Type
        Use type 82 for Linux Swap, 83 for Linux FS
    d: Delete a partition
    p: Display (print) Partition Table
    q: Quit -- leaving old partition table as is.
    w: Quit -- writing partition table in the process.
root #fdisk /dev/sda
The number of cylinders for this disk is set to 19870.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
   (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

Start by clearing out any existing partitions:

Command (m for help):o
Building a new DOS disklabel. Changes will remain in memory only,
until you decide to write them. After that, of course, the previous
content won't be recoverable.
  
  
The number of cylinders for this disk is set to 19870.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
   (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)
Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)

Now verify the partition table is empty using the p command:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda: 10.2 GB, 10254827520 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 19870 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System

Create the /boot partition:

Command (m for help):n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 1
First cylinder (1-19870, default 1):
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1-19870, default 19870): +20M

When printing the partitions, notice the newly created one:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda: 10.2 GB, 10254827520 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 19870 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1               1          40       20128+  83  Linux

Let's now create an extended partition that covers the remainder of the disk. In that extended partition, we'll create the rest (logical partitions):

Command (m for help):n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
e
Partition number (1-4): 2
First cylinder (41-19870, default 41):
Using default value 41
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (41-19870, default 19870):
Using default value 19870

Now we create the / partition, /usr, /var, et.

Command (m for help):n
Command action
   l   logical (5 or over)
   p   primary partition (1-4)
l
First cylinder (41-19870, default 41):<Press ENTER>
Using default value 41
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (41-19870, default 19870): +500M

Repeat this as needed.

Last but not least, the swap space. It is recommended to have at least 250MB swap, preferrably 1GB:

Command (m for help):n
Command action
   l   logical (5 or over)
   p   primary partition (1-4)
l
First cylinder (17294-19870, default 17294): <Press ENTER>
Using default value 17294
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1011-19870, default 19870): <Press ENTER>
Using default value 19870

When checking the partition table, everything should be ready - one thing notwithstanding.

Command (m for help):p
Disk /dev/sda: 10.2 GB, 10254827520 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 19870 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
  
Device Boot      Start         End      Blocks      ID  System
/dev/sda1               1          21       10552+  83  Linux
/dev/sda2              22       19870    10003896    5  Extended
/dev/sda5              22        1037      512032+  83  Linux
/dev/sda6            1038        5101     2048224+  83  Linux
/dev/sda7            5102        9165     2048224+  83  Linux
/dev/sda8            9166       13229     2048224+  83  Linux
/dev/sda9           13230       17293     2048224+  83  Linux
/dev/sda10          17294       19870     1298776+  83  Linux

Notice how #10, the swap partition is still type 83? Let's change that to the proper type:

Command (m for help):t
Partition number (1-10): 10
Hex code (type L to list codes): 82
Changed system type of partition 10 to 82 (Linux swap)

Now verify:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda: 10.2 GB, 10254827520 bytes
16 heads, 63 sectors/track, 19870 cylinders
Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes
  
Device Boot      Start         End      Blocks      ID  System
/dev/sda1               1          21       10552+  83  Linux
/dev/sda2              22       19870    10003896    5  Extended
/dev/sda5              22        1037      512032+  83  Linux
/dev/sda6            1038        5101     2048224+  83  Linux
/dev/sda7            5102        9165     2048224+  83  Linux
/dev/sda8            9166       13229     2048224+  83  Linux
/dev/sda9           13230       17293     2048224+  83  Linux
/dev/sda10          17294       19870     1298776+  82  Linux Swap

We write out the new partition table:

Command (m for help):w
The partition table has been altered!
  
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.


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mips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)。

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。

ext2では、これは次のコマンドで実行できます:

root #mkfs.ext2 -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:

root #mkfs.ext2 -i <ratio> /dev/<device>

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/sda1)をext2に、ルートパーティション(/dev/sda5)をext4に設定するには、次のコマンドが使えます:

root #mkfs.ext2 /dev/sda1
root #mkfs.ext4 /dev/sda5

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/sda10

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/sda10

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。

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 と boot パーティションをマウントします。

root #mount /dev/sda5 /mnt/gentoo
root #mkdir /mnt/gentoo/boot
root #mount /dev/sda1 /mnt/gentoo/boot
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。