ハンドブック:SPARC/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。

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

Although it is theoretically possible to use the entire disk to house a 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 known as partitions or slices.

The first partition on the first SCSI disk is /dev/sda1, the second /dev/sda2 and so on.

The third partition on Sun systems is set aside as a special "whole disk" slice. This partition must not contain a file system.

Users who are used to the DOS partitioning scheme should note that Sun disklabels do not have "primary" and "extended" partitions. Instead, up to eight partitions are available per drive, with the third of these being reserved.

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.


Default partition scheme

The table below suggests a suitable starting point for most systems. Note that this is only an example, so feel free to use different partitioning schemes.

Note
A separate /boot partition is generally not recommended on SPARC, as it complicates the bootloader configuration.
Partition Filesystem Size Mount Point Description
/dev/sda1 ext4 <2 GB / Root partition. For SPARC64 systems with OBP versions 3 or less, this must be less than 2 GB in size, and the first partition on the disk. More recent OBP versions can deal with larger root partitions and, as such, can support having /usr, /var and other locations on the same partition.
/dev/sda2 swap 512 MB none Swap partition. For bootstrap and certain larger compiles, at least 512 MB of RAM (including swap) is required.
/dev/sda3 none Whole disk none Whole disk partition. This is required on SPARC systems.
/dev/sda4 ext4 at least 2 GB /usr /usr partition. Applications are installed here. By default this partition is also used for Portage data (which takes around 500 MB excluding source code).
/dev/sda5 ext4 at least 1 GB /var /var partition. Used for program-generated data. By default Portage uses this partition for temporary space whilst compiling. Certain larger applications such as Mozilla and LibreOffice.org can require over 1 GB of temporary space here when building.
/dev/sda6 ext4 remaining space /home /home partition. Used for users' home directories.

Using fdisk to partition the disk

The following parts explain how to create the example partition layout described previously, namely:

Partition Description
/dev/sda1 /
/dev/sda2 swap
/dev/sda3 whole disk slice
/dev/sda4 /usr
/dev/sda5 /var
/dev/sda6 /home

Change the partition layout as required. Remember to keep the root partition entirely within the first 2 GB of the disk for older systems. There is also a 15-partition limit for SCSI and SATA.

Firing up fdisk

Start fdisk with the disk as argument:

root #fdisk /dev/sda
Command (m for help):

To view the available partitions, type in p:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda (Sun disk label): 64 heads, 32 sectors, 8635 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
   Device Flag    Start       End    Blocks   Id  System
/dev/sda1             0       488    499712   83  Linux native
/dev/sda2           488       976    499712   82  Linux swap
/dev/sda3             0      8635   8842240    5  Whole disk
/dev/sda4           976      1953   1000448   83  Linux native
/dev/sda5          1953      2144    195584   83  Linux native
/dev/sda6          2144      8635   6646784   83  Linux native

Note the Sun disk label in the output. If this is missing, the disk is using the DOS-partitioning, not the Sun partitioning. In this case, use s to ensure that the disk has a Sun partition table:

Command (m for help):s
Building a new sun disklabel. Changes will remain in memory only,
until you decide to write them. After that, of course, the previous
content won't be recoverable.
  
Drive type
   ?   auto configure
   0   custom (with hardware detected defaults)
   a   Quantum ProDrive 80S
   b   Quantum ProDrive 105S
   c   CDC Wren IV 94171-344
   d   IBM DPES-31080
   e   IBM DORS-32160
   f   IBM DNES-318350
   g   SEAGATE ST34371
   h   SUN0104
   i   SUN0207
   j   SUN0327
   k   SUN0340
   l   SUN0424
   m   SUN0535
   n   SUN0669
   o   SUN1.0G
   p   SUN1.05
   q   SUN1.3G
   r   SUN2.1G
   s   IOMEGA Jaz
Select type (? for auto, 0 for custom): 0
Heads (1-1024, default 64): 
Using default value 64
Sectors/track (1-1024, default 32): 
Using default value 32
Cylinders (1-65535, default 8635): 
Using default value 8635
Alternate cylinders (0-65535, default 2): 
Using default value 2
Physical cylinders (0-65535, default 8637): 
Using default value 8637
Rotation speed (rpm) (1-100000, default 5400): 10000
Interleave factor (1-32, default 1): 
Using default value 1
Extra sectors per cylinder (0-32, default 0): 
Using default value 0

The right values can be found in the documentation of the hard disk itself. The 'auto configure' option does not usually work.

Deleting existing partitions

It's time to delete any existing partitions. To do this, type d and hit Enter. Give the partition number to delete. To delete a pre-existing /dev/sda1, type:

Command (m for help):d
Partition number (1-4): 1

Do not delete partition 3 (whole disk). This is required. If this partition does not exist, follow the "Creating a Sun Disklabel" instructions above.

After deleting all partitions except the Whole disk slice,a partition layout similar to the following should show up:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda (Sun disk label): 64 heads, 32 sectors, 8635 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
   Device Flag    Start       End    Blocks   Id  System
/dev/sda3             0      8635   8842240    5  Whole disk

Creating the root partition

Next create the root partition. To do this, type n to create a new partition, then type 1 to create the partition. When prompted for the first cylinder, hit Enter. When prompted for the last cylinder, type +512M to create a partition 512 MB in size. Make sure that the entire root partition fits within the first 2 GB of the disk. The output of these steps is as follows:

Command (m for help):n
Partition number (1-8): 1
First cylinder (0-8635): (press Enter)
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (0-8635, default 8635): +512M

When listing the partitions (through p), the following partition printout is shown:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda (Sun disk label): 64 heads, 32 sectors, 8635 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
   Device Flag    Start       End    Blocks   Id  System
/dev/sda1             0       488    499712   83  Linux native
/dev/sda3             0      8635   8842240    5  Whole disk

Creating a swap partition

Next, let's create the swap partition. To do this, type n to create a new partition, then 2 to create the second partition, /dev/sda2 in our case. When prompted for the first cylinder, hit Enter. When prompted for the last cylinder, type +512M to create a partition 512 MB in size. After this, type t to set the partition type, 2 to select the partition just created and then type in 82 to set the partition type to "Linux Swap". After completing these steps, typing p should display a partition table that looks similar to this:

root #Command (m for help):
root #p
Disk /dev/sda (Sun disk label): 64 heads, 32 sectors, 8635 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
   Device Flag    Start       End    Blocks   Id  System
/dev/sda1             0       488    499712   83  Linux native
/dev/sda2           488       976    499712   82  Linux swap
/dev/sda3             0      8635   8842240    5  Whole disk

Creating the usr, var and home partitions

Finally, let's create the /usr, /var and /home partitions. As before, type n to create a new partition, then type 4 to create the third partition (we do not count the whole disk as being a partition), /dev/sda4 in our case. When prompted for the first cylinder, hit Enter. When prompted for the last cylinder, enter +2048M to create a partition 2 GB in size. Repeat this process for /dev/sda5 and sda6, using the desired sizes. When finished, the partition table will look similar to the following:

Command (m for help):p
Disk /dev/sda (Sun disk label): 64 heads, 32 sectors, 8635 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 bytes
  
   Device Flag    Start       End    Blocks   Id  System
/dev/sda1             0       488    499712   83  Linux native
/dev/sda2           488       976    499712   82  Linux swap
/dev/sda3             0      8635   8842240    5  Whole disk
/dev/sda4           976      1953   1000448   83  Linux native
/dev/sda5          1953      2144    195584   83  Linux native
/dev/sda6          2144      8635   6646784   83  Linux native

Save and exit

Save the partition layout and exit fdisk by typing w:

Command (m for help):w


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

root #mkfs.ext4 /dev/sda1

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/sda2

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/sda2

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/sda1 /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。