ファイルシステムには様々な機能がありますが、本記事では以下を紹介します。
| ファイルシステムの機能 | 説明 |
|---|---|
| ファイル割り当て方法 | ファイルの内容をストレージのブロックに割り当てる方法 |
| シンボリックリンク | ファイルのショートカット |
| スナップショット | 任意の時点でのストレージのデータを記録 |
| パーミッション | ファイルのアクセス許可 |
| ジャーナリング | ファイルとストレージのデータの整合性を保つ |
| Linux カーネルの機能 | |||
|---|---|---|---|
ファイルシステムの種類
Linux の主なファイルシステムは、以下のとおりです。
| ファイルシステムの種類 | 説明 |
|---|---|
| ext4 | RHEL6/CentOS6 のデフォルト。安定してる |
| XFS | RHEL7,8/CentOS7,8 のデフォルト。断片化に対する影響がない |
| NFS | 同じネットワーク間でファイル共有に使用 |
| SMB | Windows とのファイル共有に使用 |
以降では、多くのファイルシステムに共通する機能を紹介します。
ファイル割り当て方法
ファイル割り当て方法には以下の３つが存在します。
- 連続割り当て
- 連結リスト割り当て
- インデックス割り当て
https://www.geeksforgeeks.org/file-allocation-methods/
上記の mai ファイル (6ブロック分のデータ) で、連続割り当てを説明します。
- 開始ブロックのアドレスを 19 番に決定 (start)
- 連続する6ブロック (19, 20, 21, 22, 23, 24) 割り当て (length)
連続割り当ての特徴
- メリット○: ストレージのアクセス速度が速い（１度ブロックを探すと順番に読み込むだけ）
- デメリット✗: ストレージでフラグメンテーションが発生
https://www.geeksforgeeks.org/file-allocation-methods/
上図の jeep ファイルで、連結リスト割り当てを説明します。
- 開始ブロックのアドレスを9番に決定 (start)
- ブロックにデータを割り当て、次のブロックのポインターを記録
- ２を繰り返し、全データの割り当てが完了するとポインターに -1 を記録して終了 (end)
連結リスト割り当ての特徴
- メリット○:
- ストレージのフラグメンテーションの影響を受けない
- デメリット✗:
- 読み込み速度が遅い（アクセスするブロックのアドレスを毎回探す必要がある）
- ダイレクトアクセスできない (前からポインターを順番に辿る必要がある)
https://www.geeksforgeeks.org/file-allocation-methods/
上図の jeep ファイルで、インデックス割り当てを説明します。
- インデックスブロックのアドレスを 19 番に決定 (index block)
- 空いてるブロックにデータを割り当てる
- ２のブロックのアドレスをインデックスブロックに記録
- 全てのデータを割り当てるまで、２と３を繰り返す
インデックス割り当ての特徴
- メリット○:
- ストレージのフラグメンテーションの影響を受けない
- インデックスブロックを使ってダイレクトアクセス可能
- デメリット✗:
- インデックスブロック用のスペースを無駄に食う
まとめ：割り当て方法の比較
| 連続 | 連結リスト | インデックス | |
|---|---|---|---|
| シーケンシャルアクセス | ○ | ○ | ○ |
| ダイレクトアクセス | ○ | × | ○ |
| フラグメントを克服 | × | ○ | ○ |
| ファイルサイズの変更 | × | ○ | ○ |
| ポインターのオーバーヘッド | ○ (無し) | △ | × |
| アクセス速度 | ○ | × | △ |
シンボリックリンク
シンボリックリンクは ln -s <リンク元> <リンク先> で作成できます。
symbolic_test
lrwxrwxrwx 1 ec2-user ec2-user 7 7月 23 10:40 symbolic_test -> /bin/ls
bin boot dev etc home... var
スナップショット
バックアップと似てますが、スナップショットは取得時点でポインタを取得するだけです。
データブロックをコピーしないため、バックアップより短時間で取得可能です。
スナップショットの種類
スナップショットの種類には以下の２つが存在します。
- Copy on Write (CoW)
- Redirect on Write (RoW)
https://technoscooop.wordpress.com/tag/copy-on-write/
- スナップショットを取得 = ブロックのポインタを取得
- スナップショットを取得したブロックを更新する時、更新前のブロックをコピーして退避
- スナップショットのポインタを「スナップショット予約済みスペース」に変更
ちなみに Windows では VSS(ボリュームシャドウコピー)と呼ばれてます。
https://technoscooop.wordpress.com/tag/copy-on-write/
- スナップショットを取得 = ブロックのポインタを取得
- スナップショットを取得したブロックを更新する時、更新後のデータは「スナップショット予約済みスペース」に書き込む
- 元のデータのポインタを「スナップショット予約済みスペース」に変更
パーミッション
Linux は複数のユーザーが同時に操作することを想定されているため、ユーザーごとにファイルのアクセス権限を設定できます。
パーミッションについては、以下の記事にまとめています。
ジャーナリングファイルシステム
ジャーナリングの動作
ジャーナリングは、以下の手順でファイルを更新します。
以降では、mv (ファイルを移動するコマンド) を用いてジャーナリングの動作を説明します。
1. メインメモリのメタデータを更新
/hoge ディレクトリに、foo, bar のファイルが存在すると仮定します。
まず、メインメモリ上のメタデータを更新するため、ストレージのデータに変化はありません。
この時点で電源が落ちると、ストレージに書き込まれていないので mv 実行前に戻るだけです。
2. メタデータの更新内容をストレージ上のジャーナルログに書き出す
/hoge/bar を /bar に移動させるメタデータをジャーナルログに書き込みます。
この時点で電源が落ちると、次の２パターンに分かれます。
- ジャーナルログ書き込みが途中の場合：ジャーナルログの内容を全て廃棄します
- ジャーナルログ書き込みが完了した場合：問題ないので、以下の３に進みます
実際にファイルを更新
ジャーナルログに従って、ファイルを更新のトランザクション処理を行います。
この時点で電源が落ちると、次の２パターンに分かれます。
ジャーナルログを廃棄
この時点で電源が落ちると、ジャーナルログが残っている場合は破棄します。
関連情報
| Linux カーネルの機能 | |||
|---|---|---|---|
参考サイト
