Moderní souborové systémy - ext3

4. 12. 2002 | Petr Novický | Systém | 22244×

Druhý díl našeho seriálu obsahuje podrobný popis a návod populárního žurnálovacího systému ext3.

Úvod a motivace

V dnešním díle seriálu o souborových systémech v Linuxu se budeme zabývat filesystémem Ext3. Jedná se o filesystém s řadou výhod, ale také nedostatků. O nich bude právě řeč. Nejprve něco z jeho historie. Ext3 byl napsán Dr. Stephem Twediem jako nadstavba standardního linuxového souborového systému Linuxu (Ext2). Filesystém Ext2 je velmi rozšířený a oblíbený. Ačkoliv nemá podporu malých souborů jako ReiserFS nebo rychlost přístupu XFS, zůstává nejrozšířenější na linuxových platformách.

V dnešní době jsou některé Ext2 filesystémy opravdu velké, u nich pak trvá kontrola integrity dat v případě výpadku velmi dlouhou dobu (i několik hodin). Během doby, kdy se souborový systém kontroluje, jsou aplikace na počítači mimo provoz. Hlavním důvodem vzniku Ext3 je co nejvyšší dostupnost služeb i v případě výpadku. Nedisponuje ovšem vlastnostmi jako podpora extrémně rozsáhlých souborů, nebo mapování pomocí extents.

Jedním z nejdůležitějších cílů byla absolutní kompatibilita mezi Ext2 a Ext3 a to v obou směrech. Můžeme použít existující Ext2 filesystém, vytvořil žurnál a připojit ho jako Ext3 a dostáváme žurnálovací filesystém. Naopak pokud máme Ext3 filesystém a předtím došlo k bezpečnému odpojení tohoto souborového systému, můžeme ho připojit znovu jako Ext2 a vše funguje, jak má.

Jelikož Ext3 vychází z Ext2, má většinu jeho vlastností. Jako omezení velikosti souborového systému, velikosti souboru, velikosti bloků dat apod. Přestože některé informace se zapisují na Ext3 vícekrát než jednou, je Ext3 často rychlejší díky optimalizaci externí fragmentace.

Módy Ext3 filesystému

Pro optimalizování rychlosti a zajištění datové integrity můžeme zvolit jeden ze tří módů:

writeback

zajišťuje jen limitovanou schopnost zachování integrity dat a za určitých okolností vede ke zvýšení rychlosti operací.

ordered

je defaultním módem a garantuje konzistenci dat ve filesystému.

journal

spotřebovává více prostoru na žurnál a proto opravení souborového systému po výpadku trvá delší dobu. Někdy je však rychlejší pro určité databázové operace, NFS a synchronní operace mail serveru

Writeback

Použití writeback módu dostáváme nejrychlejší variantu Ext3 filesystému. Je tomu tak, protože uchovává pouze změny metadat a nečeká dále na asociované změny dat souboru předtím než změmí např. velikost souboru. Protože změny dat souboru a žurnálované změny metadat filesystému jsou uskutečněny nezávisle, mohou byt metadata v nekonzistním stavu (např. obsahují ukazatele na bloky dat, na které ještě nebyly data zapsány). Použitím tohoto módu získáme pouze urychlení kontroly konzistence dat při havárii systému.

Ordered

V módu ordered uchováváme opět pouze metadata souborového systému kvůli snížení redundance mezi zápisem do filesystému a do žurnálu a je proto rychlejší. Změny metadat jsou uskutečněny, narozdíl od módu writeback, až po změnách ve filesystému. Toto vede k lehkému snížení výkonu systému, naopak garantujeme, že při všech změnách budou metadata odpovídat datům, které jsme zapsali.

Journal

Použitím journal módu zapisujeme do žurnálu data i metadata. Každá operace se tedy musí uskutečnit dvakrát. Může proto snížit výkonnost systému, ale minimalizujeme šance ztráty nějakých dat.

Práce se souborovým systémem Ext3

Instalace

Nejprve potřebujeme zkompilovat kernel s podporou Ext3 filesystému. V jádrech řady 2.4 musíme zaškrtnout volbu CONFIG_EXT3_FS. Pokud používáte při konfiguraci make menuconfig nebo make xconfig, najdete tuto volbu v menu Filesystem, položka Ext3 journalling file system support. Podpora Ext3 filesystému se dá zkompilovat buď přímo do kernelu nebo jako modul. Pokud ovšem chcete používat Ext3 na kořenovém oddílu, doporučuji podporu Ext3 zakompilovat přímo do kernelu (viz dále).

Pokud máme existující Ext2 filesystém, můžeme ho lehce převést na Ext3 vytvořením žurnálu. Stačí použít následující příkaz:

tune2fs -j /dev/hdXX

, kde /dev/hdXX je cílový diskový oddíl. K převedení dokonce nemusíme ani daný filesystém odpojovat! Důležité je také přepsání záznamu v /etc/fstab, kde stačí prostě přepsat ext2 na ext3.

Pokud chceme vytvořit nový Ext3 filesystém použijeme:

make2fs -j /dev/hdXX , /dev/hdXX je cílové zařízení.

Nastavení

Jelikož Ext3 vychází z Ext2, sdílí spolu vlastnost, že e2fsck kontroluje pravidelně filesystém i v případě, že je označen jako nepoškozený. Oddíl se kontroluje buď při každém dvacátém připojení filesystému, nebo jednou za 180 dní (toto jsou defaultní hodnoty, které lze pomocí příkazu tune2fs změnit dle libosti). Jelikož je tato kontrola v případě Ext3 zbytečná a pravděpodobně chceme přejít na Ext3 právě z důvodu vyhnutí se fsck, dá se tato vlastnost vypnout použitím příkazu:

tune2fs -i 0 -c 0 /dev/hdXX

Pokud je náš kořenový souborový systém typu Ext3 a používáme kernel s podporou Ext3, systém ho připojí právě jako Ext3. Defaultnímu chování však můžeme zabránit následujícím parametrem bootloadru LILO:

LILO: linux rootfstype=ext2

stejně tak se dají nastavit parametry při připojování filesystému (jako žurnálovací mód):

LILO: linux rootflags=data=journal

Ext3 jako modul

Pokud máme podporu filesystému Ext3 zakompilovanou pouze jako modul, je připojení kořenového adresáře poněkud těžším problémem. Nejprve musíme vytvořit ramdisk, který bude obsahovat moduly zkompilované s kernelem. Je nutné zjistit přesnou verzi kernelu, který právě používáme. K tomu slouží příkaz:

uname -a

Dostaneme podobný vypis: Linux host 2.4.19 #2 Sat Oct ...

Pro samotné vytvoření ramdisku použijeme následující příkaz (vytváří ramdisk pouze s moduly potřebnými pro žurnálování):

mkinitrd --preload jbd --preload ext3 /boot/initrd-2.4.19.img 2.4.19

Příkaz mkinitrd získáme po nainstalování například balíčku initrd-tools v Debianu. Nyní stačí již jen upravit konfigurační soubor bootloaderu LILO, kde přidáme řádek pod image=... ,který říká systému, že má daný ramdisk načíst (viz manuálové stránky lilo.conf).

initrd=/boot/initrd-2.4.19.img

Poté můžeme systém restartovat a zkontrolovat výpis souboru /proc/mounts, jestli opravdu používáme ext3 filesystém. Jelikož toto je poměrně zdlouhavý proces, doporučuji zkompilovat kernel s přímou podporou Ext3.

Souhrn

Teď si ještě shrneme ostatní výhody souborového systému Ext3, o kterých jsem se zatím nezmínil. Mezi hlavní z nich patří podpora žurnálovacího souboru na odděleném diskovém oddílu. Zajímavá je také podpora ACL (Access Control Lists) a EA (Extended atributes), správa vadných sektorů a quot. Pomocí externího patche v kernelu dovoluje měnit velikost připojeného filesystému (ovšem pouze zvyšovat). V případě nepřipojeného souborového systému můžeme velikostí hýbat oběma směry. Pro ty, co by se o tuto problematiku dále zajímali, doporučuji: GNU Parted.

Související články

Moderní souborové systémy - 1. část

Odkazy a zdroje

http://www.zip.com.au/~akpm/linux/ext3/ext3-usage.html
http://linux.juristic.cz/129300/clanek
http://batleth.sapienti-sat.org/projects/FAQs/ext3-faq.html
http://www.symonds.net/~rajesh/howto/ext3/toc.html

       

Komentáře

[Yenda]

Moc pekny clanek. Dik. Zajimalo by mne, k jakemu nejhorsimu scenari muze pri pouzivani ext3 dojit. Mohu prijit o data? A ve vsech modech? A taky jsem slysel o nejake chybe v novem kernelu (2.4.20). Tyka se to i ext3, nebo jineho journalovaciho fs?

[Led Astray]

V modu "ordered" je zajistena konzistence filesystemu, ale ne dat. Na to potrebujes mod "journal". Chyba v jadre 2.4.20 se tyka jen ext3 a jen modu "journal". Zajimalo by me, jestli je opravdu bezpecne s ext3 v modu "ordered" nepouzivat nikdy fsck. Ja fsck nepouzivam a server jede pul roku bez problemu. Zatim. (fsck se da tusim vypnout i v /etc/fstab). V clanku mne chybi priklad, jak pomoci tune2fs vytvorit ext3 v modu "journal". Je uvedeno jen vytvoreni pomoci lilo boot option. ntw

[Michal Čihař]

Po nekolika padech systemu s ext3 v modu "ordered" mi nabeh (po 30 primoutovani partition, nebo tak nejak..) fsck a par chybicek to naslo, takze to asi uplne idealni neni...

[Vskutečnosti Saýc]

To se nastavuje pri mountu. Napr. mount / -o remount,data=journal

[CIJOML]

v jadru 2.4.20 v modu journal muzes prijit kvuli opravdu nepekne chybe o data

[kuba]

Snazim se u sebe na pocitaci rozbehat linux a nejakou pro me zahadou se mi vzdy zhrouti system. Driv jsem mel problemy pouze s ext3, ovsem ted se mi uz dvakrat zhroutil i ext2. Pouzivam redhat linux. Zkusil jsem verzi 7.3 i 8.0. Mam tu i filesystem fat32 a ten mi toto nikdy neudelal. Zkusil jsem i ntfs, ale s tim jsem mel take velke problemy. Nevite cim by to mohlo byt ? Nezda se mi pravdepodobne, ze by to vsechno obsahovalo takove zavazne chyby, ale na druhou stranu fat32 mi tu proste porad chodi bez problemu. Napadlo me, ze bych zkusil i jinou distribuci (debian)- myslite, ze to muze vyresit problem ? Dekuji za pomoc.

[klaviron]

Nevi nekdo, jak dostat data z disku, ktery ma poskozeny povrch?

Disk mi za chodu zacal relokovat data do neposkozenych oblasti, ted vim, ze tam nejaka data jsou, ale nevim, jak je z neho vydolovat. Standardni nastroje na obnovu EXT3 filesystemu zkolabuji