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、ブロックデバイス、パーティション、Linuxファイルシステムを含めた、ディスクやファイルシステム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、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。SCSIドライブやシリアルATAドライブは両方とも/dev/sda/dev/sdb/dev/sdcなどのようなデバイスハンドルとしてラベル付されます。更にモダンなマシンでは、PCI ExpressベースのNVMeソリッドステートディスクは、/dev/nvme0n1/dev/nvme0n2などのようなデバイスハンドルを持ちます。

下の表は、各種のブロックデバイスがシステム上のどこにあるかを判断するのに役立つでしょう:

デバイスの種類 デフォルトのデバイスハンドル 編集者メモと、考慮すべき点
IDE、SATA、SAS、SCSI、または USB フラッシュメモリ /dev/sda 2007 年頃から現在までに製造されたハードウェアで見られます。このデバイスハンドルはおそらく Linux 上でもっともよく使用されているものでしょう。この種のデバイスは SATA バスSCSIUSB バスを介してブロックストレージとして接続されます。例えば、最初の SATA デバイス上の最初のパーティションは /dev/sda1 という名前になります。
NVM Express (NVMe) /dev/nvme0n1 ソリッドステートテクノロジとして最新の NVMe ドライブは PCI Express バスに接続され、一般市場でもっとも高速な転送速度を持っています。2014 年頃以降のシステムは NVMe ハードウェアのサポートを備えているかもしれません。最初の NVMe デバイスの最初のパーティションは /dev/nvme0n1p1 という名前になります。
MMC、eMMC、および SD カード /dev/mmcblk0 embedded MMC デバイス、SD カード、そして他の種類のメモリーカードはデータ用のストレージとして有用です。つまり、多くのシステムはこれらの種類のデバイスからのブートを許可していないかもしれません。これらのデバイスに Linux をインストールして常用するのはおすすめできません。それらの典型的な設計意図である、ファイルの交換用に使うものと考えてください。この種のストレージは短期的なファイルバックアップまたはスナップショットとして使用すると便利かもしれません。

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 SATA、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 4096 バイト (4K) 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.


パーティション構成の設計

パーティション数とサイズ

ディスクのパーティションレイアウトの設計は、システムに対する要求と、デバイスに適用されるファイルシステムに大きく依存します。多数のユーザがいる場合、セキュリティを向上し、バックアップの作成とその他のメンテナンスを容易にするために、/home を分離されたパーティションに配置することが推奨されます。もし メールサーバとして動作する場合は、/var を分離されたパーティションとし、すべてのメールを /var ディレクトリに保存すべきでしょう。ゲームサーバでは、ほとんどのゲームサーバソフトウェアは /opt にインストールされるので、/opt を分離されたパーティションとすることができます。これらが推奨される理由は最初の /home ディレクトリと同様で、セキュリティ、バックアップ、そしてメンテナンスです。

Gentoo では多くの場合、/usr/var は相対的に大きい容量を確保すべきです。/usr にはシステム上で利用可能なアプリケーションの大部分と、Linux カーネルソース (/usr/src 配下) が配置されます。デフォルトでは、/var には Gentoo ebuild リポジトリが (/var/db/repos/gentoo 配下に) 配置され、ファイルシステム依存ではあるものの通常 650 MiB ほどのディスク容量を消費します。この推定容量には /var/cache/distfiles/var/cache/binpkgs ディレクトリは含まれていません。これらはそれぞれ、ソースファイルとバイナリパッケージ (使用している場合) を格納するディレクトリで、システムに追加すればするほど大きくなっていきます。

適切なパーティションの数とサイズは、システムを取り巻く環境と、トレードオフを考慮することで大きく変わります。パーティションやボリュームを分離することには下記の利点があります:

  • それぞれのパーティションまたはボリュームに対して、最も性能が高いファイルシステムを選択できます
  • ゾンビプロセスがパーティションまたはボリュームに継続的に書き込みをした場合でも、システム全体の空き領域を使い切ることはありません
  • 必要ならば、複数のチェックを並行して実行することで、ファイルシステムチェックの時間を短縮できます (複数のパーティションよりも複数のディスクの方が効果を実感できます)
  • リードのみ、nosuid(setuidビット無効)、noexec(実行ビット無効)等のマウントオプションによって、セキュリティが向上します


しかし、複数パーティションにはデメリットもあります:

  • もし適切に設定されていないと、あるパーティションが空き領域をたくさん持ち、別のパーティションにはまったく空き領域がなくなるといったことが起こり得ます。
  • /usr/ を独立したパーティションにすると、他のブートスクリプトが動作する前にパーティションをマウントするために、initramfs を使ってブートする必要があるかもしれません。initramfs の生成と保守はこのハンドブックのスコープの範囲外ですので、慣れていない方が /usr を独立したパーティションとすることは推奨しません。
  • SCSI や SATA では仕様上の制約により、GPT ラベルを使用しない限りは 15 個までしかパーティションを作れません。
メモ
サービスおよび init システムとして systemd を使うつもりのインストールでは、/usr ディレクトリはルートファイルシステムの一部とするか、または initramfs によりマウントされるようにして、ブート時に利用できるようにしなくてはなりません。

スワップ領域について

スワップ領域のサイズについて完璧な値というものはありません。スワップ領域の目的は、メインメモリ(RAM)が逼迫した際、カーネルにディスク領域を提供するためにあります。スワップ領域があれば、カーネルは最近最も使われていないメモリページをディスクに書き出し(スワップもしくはページアウト)、現在のタスクのために RAM 上に置かれたメモリを開放します。もちろん、もしディスクにスワップされたページが急に必要になった場合は、これらのページはメモリに戻す(ページイン)必要があります。これには、RAM から読み込むより相当長い時間がかかります(メインメモリと比較してディスクはとても遅いためです)。

システムがメモリを大量に消費するアプリケーションを実行しないとき、またシステムが多くの RAM を持っているときは、それほど大きいスワップ領域は必要ではありません。しかし、ハイバネーションの際に、スワップ領域はメモリの内容すべてを保存するために使われる(サーバシステムよりも、デスクトップやラップトップシステムでよくあることです)ことに留意してください。システムにハイバネーションのサポートが必要な場合は、メモリの全体量以上のサイズのスワップ領域が必要です。

一般的なルールとして、スワップ領域のサイズは内部メモリ (RAM) の 2 倍であることが推奨されます。複数のハードディスクを備えるシステムでは、並列して読み込み/書き込み操作が行えるように、それぞれのディスクに 1 つずつスワップパーティションを作成するのが賢い方法です。スワップ空間内のデータにアクセスしなくてはならないときに、ディスクがより高速にスワップできるほど、システムもより高速に動作するでしょう。回転式ディスクとソリッドステートディスクを比較すると、SSD 上にスワップを置いたほうが高いパフォーマンスが発揮できます。また、スワップパーティションの代わりにスワップファイルを使用することもできます。これは主にディスク容量が非常に限られたシステムで興味深いものです。


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).
警告
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 -----
メモ
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

重要
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:

コード 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

警告
SSD または NVMe ドライブを使用する場合は、ファームウェアアップグレードが必要かどうか確認してください。特に一部の Intel SSDs (600p および 6000p) は、XFS の I/O 使用量パターンによって誘発されるデータ破損 (ファイルシステムの欠陥によるものではありません) を回避するために、重大なバグフィックスのためのファームウェアアップグレードが必要です。smartctl はモデルとファームウェアバージョンを確認するのに役立ちます。

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

Linux は多くのファイルシステムをサポートしていますが、それらの多くは特定の目的をもって配備するのが賢明なものです。特定のファイルシステムのみが mips アーキテクチャ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。XFS はすべてのプラットフォームで、すべての目的で推奨されるファイルシステムです。以下は、網羅的ではないリストです:

btrfs
次世代のファイルシステムです。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 の統合などの先進的な機能を提供します。RAID 5/6 とクオータグループは、btrfs のすべてのバージョンで安全ではありません。
ext4
ext4 は reflink などの現代的な機能を欠いてはいるものの、信頼性があり、全目的、全プラットフォームで使用できる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。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。
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。新しい機能を取り入れながら継続的にアップグレードされ続けています。唯一の欠点は、現在対応中ではあるものの、 XFS パーティションはまだ縮小できないという点です。XFS の特筆すべき点として reflink とコピーオンライト (CoW) に対応しており、これは Gentoo システム上ではユーザが実施するコンパイル量の多さから特に有用です。XFS は全目的、全プラットフォームで利用できる、おすすめの現代的なファイルシステムです。パーティションは少なくとも 300MB ある必要があります。
VFAT
別名 FAT32。Linux でサポートされていますが、標準的な UNIX パーミッションの設定をサポートしていません。ほとんど、他の OS (Microsoft Windows または Apple macOS) との相互運用性/交換のために使われていますが、いくつかのシステムブートローダーファームウェア (たとえば UEFI) でも必要になります。UEFI システムを使用している場合は、システムをブートするためには VFAT でフォーマットされた EFI システムパーティションが必要になるでしょう。
NTFS
この "New Technology" ファイルシステムは、Windows NT 3.1 以降の Microsoft Windows のフラッグシップファイルシステムです。VFAT と同様、BSD や Linux が正しく動作するために必要な UNIX パーミッション設定や拡張属性を保持しないため、ほとんどの場合ルートファイルシステムとして使うべきではありません。Microsoft Windows とデータ交換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)。

ファイルシステムについてのより広範な情報は、コミュニティによって維持されているファイルシステムの記事で見つけることができます。

パーティションにファイルシステムを適用する

メモ
後でハンドブックのインストールプロセスの最後に再起動する前に、選択したファイルシステムに関連するパッケージを emerge しておいてください。

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
ext4 mkfs.ext4 はい sys-fs/e2fsprogs
f2fs mkfs.f2fs はい sys-fs/f2fs-tools
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、EFI システムパーティション (/dev/sda1) を FAT32 として、ルートパーティション (/dev/sda5) を xfs として設定するには、次のコマンドが使えます:

root #mkfs.vfat -F 32 /dev/sda1
root #mkfs.xfs /dev/sda5

ext4 を (8 GiB 未満の) 小さいパーティションに使用する場合は、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。これは、各ファイルシステム毎に、以下のコマンドのうちのひとつを使用することで行えます:

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。

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。

ルートパーティションのマウント

ヒント
非 Gentoo インストールメディアを利用している場合、次を実行してマウントポイントを作成する必要があります:
root #mkdir --parents /mnt/gentoo

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/sda5 /mnt/gentoo
メモ
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。