PDA

View Full Version : Korte uitleg: File systems



hcvv
26-May-2014, 10:58
Korte uitleg: File systems

Wat is een filesysteem en wat kan er belangrijk zijn bij het beheren van filesystemen. Hieronder een aantal onderwerpen.

Wat is het?

Zoals in Korte uitleg: Directories, meta-data van bestanden, inodes (https://forums.opensuse.org/showthread.php/488499-Korte-uitleg-Directories-meta-data-van-bestanden-inodes) behandeld, zijn directries, inodes en addressering onderdelen van een filesysteem. Een filesysteem is de implementatie om een structuur van deze onderdelen in de lucht te houden en ook een mate van stabiliteit te geven. Vooral in het laatste verschillen veel types filesystemen van elkaar. Hoe maak je addressseringsketens redundant zoda bij leesproblemen toch het redden van de gegevens mogelijk is? Wat doe je bij plotseling uitvallen van het systeem? In de loop van de tijd zijn hiervoor veel filesystemen omtworpen.

De implementatie van een filesysteem bevat Kernel modulen en hulpprogramma's.

Een filesysteem type is veelal afhankelijk van het systeem waarvoor het is ontworpen. Voor Unix/Linux moet het bijvoorbeeld voorzien in eigenaar, groep, toestemmingsbitjes en tijdstempels. Voor Linux noem ik Reiserfs, de ext2/3/4 serie, Btrfs. Ook voor MS-DOS/Windows zijn er filesystemen, maar deze voldoen niet aan de eisen van een Unix/Linux systeem.

Waar is het?

Een filesysteem moet ergens "op staan". Anders gezegd er is een stuk mass-storage/schijf nodig om het op te zetten. Dat kan een disk-partition zijn, maar er zijn veel meer mogelijkheden. Zo kan ook een niet gepartitioneerde (hele) disk gebruikt worden. Of een Logical Volume van de Logical Volume Manager. Of een MD device van Linux Software RAID. Als algemene term gebruik ik daar van het woord "container" voor.

Hoe maak ik het?

Een filesysteem moet worden aangemaakt. Er worden dan ketens van inodes, over de container verspreid, geschreven. Ook andere zaken zoals algemene gegevens komen op de container te staan. Daarvoor zijn programma's, die uiteraard per filesysteem type verschillen. In het algemeen is hun naam een variatie van mkfs (make file system). In feite is mkfs een omvattend gereedschap waar je met het aangeven van het filesysteem type allerlei soorten filesystemen kan aanmaken. mkfs roept dan zelf bijv. mke2fs aan. Overigens, mke2fs kun je ook aanroepen als mkfs.ext2 en er zijn varianten als mkfs.ext3, mkfs.ext4.

Ieder type filesysteem heeft ook zijn eigen aanpasbare parameters. Die kun je bij aanmaken opgeven. Sommige parameters kun je later wijzigen. Voor ext2/3/4 filesystemen gaat dat met tune2fs (daarmee kun je bijvoorbeeld een Volume Label aan je filesysteem hangen). Je kunt hiermee zelfs (met beperkingen) van het ene ext filesysteem naar het andere omschakelen.

Ter verhoging van de spraakverwarring wordt het aanmaken van een filesysteem door ex MS-DOS gebruikers vaak "formatteren" genoemd.

Meestal gebruik je voor het aanmaken van een filesysteem een GUI tool zoals YaST > Systeem > Partitionering. Er zijn ook andere zgn. partitionerings programma's. Er zijn ook vanaf een CD/DVD/USB direct te booten partitionerings programma's, zodat je ook kunt werken als je geen systeem hebt of dit kapot is. Overigens kan dat ook met booten van je installatie medium en dan Rescue kiezen en vandaar met de commando's of met YaST werken.
Merk op dat deze tools als Partitionering tools/programs bekend staan. In feite kunnen ze vaak veel meer dan alleen partitioneren, zoals filesysteem aanmaken (reden waarom ik ze hier vermeld), vergroten/-kleinen, mountpoints maken en fstab configureren.

Hoe groot?

Omdat binnen een filesysteem adressen van plekken binnen het filesysteem worden gebruikt is het van belang hoe groot die adressen kunnen worden. Dat bepaalt hoe groot een filesysteem maximaal kan zijn. Aangezien de schijven steeds groter werden zijn er nog wel eens filesysteem ontwerpen aan hun maximum gekomen. Nieuwere (versies van) filesystemen zijn daar vaak aan aangepast. Van belang is te weten dat er grenzen zijn.

Andere beperkingen zijn die van de maximale grootte van de individuele bestanden en van het aantal bestanden op een filesysteem. Meestal niet iets on je echt zorgen over te maken.

Hoe vol?

Zoals we zagen bevat een filesysteem administratie (inodes e.d.). Dus niet alle ruimte is bruikbaar voor bestanden.
Uiteraard kan een filesysteem vol raken. Het is echer het niet handig om alles te gebruiken. Als het filesysteem bijna vol is, zal het moeite hebben om gunstige plekken voor nieuwe bestanden te vinden en dat beïnvloedt de performance nadelig. Ook kunnen er grotere problemen ontstaan als het systeem geen schijfruimte meer kan krijgen voor log bestanden en helemaal als het bij booten niets meer kan aanmaken. Daarom stopt een filesysteem meestal met het uitgeven van nieuwe schijfblokken als nog slechts vijf procent (5%) van de ruimte vrij is. Als gebruiker merk je dat bijv. doordat je niet meer kunt inloggen. Let op!! Die 5% kan wel door root processen verkregen worden. Dit heeft tot gevolg dat je in ieder geval als root kunt inloggen (niet in de GUI!) om de zaak te repareren.

Nu is 5% ongebruikte ruimte bij een 20 GiB filesysteem geen groot verlies, maar als je een filesysteem van een TiB hebt is dat veel te veel. Je kunt dat op ext2/3/4 filesystemen met tune2fs aanpassen of zelfs helemaal uitzetten. Aanbeveling: houdt het op een root filesysteem (20 - 100 Gib) op 5%. Zet het op andere filesystemen lager of uit. Nog een aanbeveling: kontroleer af en toe eens hoe vol het is:

df -h

In dit verband is het goed te weten dat er zgn. "sparse files" bestaan. Dat zijn bestanden waarvan niet alle schijfblokken in gebruik zijn. Het is bijv, bij databases zeer gebruikelijk om de benodigde ruimte van de Kernel te claimen door bijvoorbeeld het laatste blok van een bestand te schrijven terwijl er tussenin (nog) niets staat. Dat kan verrassingen opleveren bij het beoordelen van de vrije ruimte.

Een laatste opmerking over Btrfs filesystemen. Btrfs kan zogenaamde "snapshots" maken. Bij verstek staat dit aan in openSUSE. Deze snapshots nemen natuurlijk ruimte in, maar worden niet "gezien" door df. Er zijn meerdere problemen in de forums met volle btrfs filesystemen die volgens de eigenaars met df gezien, niet vol waren.

Beperkingen bij het booten.

Om te booten moet een bootloader (bijv. GRUB) enkele zaken (zoals de GRUB configuratie en de Kernel) op een filesysteem kunnen vinden. Deze zaken zijn allemaal geplaatst in /boot. Dat betekent dat GRUB eenvoudige handelingen zoals het vinden van een bestand en het lezen daarvan op zo'n filesysteem moet kunnen. GRUB ondersteunt niet alle types filesysteem, dat zou er een waterhoofd van maken. Dat betekent dat het soms nodig is om van /boot een apart filesysteem te maken zodat de rest van het systeem wel op het gewenste type kan staan.