ハンドブック:Alpha/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、Linuxファイルシステム、パーティション、ブロックデバイスを含めた、ディスク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、Gentoo Linux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。最も有名なブロックデバイスはおそらく、Linuxシステム上で1番目のドライブを表す、/dev/sdaでしょう。SCSIとSerial ATAドライブは/dev/sd*と名付けられます。より新しいlibataフレームワークがカーネルに組み込まれていれば、IDEデバイスも/dev/sd*と名付けられます。古いデバイスフレームワークを使っていれば、1番目のIDEドライブは/dev/hdaになるでしょう。

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。

Slices

Although it is theoretically possible to use a full 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. On Alpha systems, these are called slices.

Note
In further sections, the installation instructions will use the example partitioning for the ARC/AlphaBIOS setup. Please adjust to personal preference!

Designing a partition scheme

How many partitions and how big?

The number of partitions is highly dependent on the environment. For instance, if there are lots of users, then it is advised to have /home/ separate as it increases security and makes backups easier. If Gentoo is being installed to perform as a mail server, then /var/ should be separate as all mails are stored inside /var/. A good choice of filesystem will then maximize the performance. Game servers will have a separate /opt/ as most gaming servers are installed there. The reason is similar for the /home/ directory: security and backups. In most situations, /usr/ is to be kept big: not only will it contain the majority of applications, it typically also hosts the Gentoo ebuild repository (by default located at /usr/portage) which already takes around 650 MiB. This disk space estimate excludes the packages/ and distfiles/ directories that are generally stored within this ebuild repository.

It very much depends on what the administrator wants to achieve. 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 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 disadvantages as well. If not configured properly, the system might have lots of free space on one partition and none on another. Another nuisance is that separate partitions - especially for important mount points like /usr/ or /var/ - often require the administrator to boot with an initramfs to mount the partition before other boot scripts start. This isn't always the case though, so results may vary.

There is also a 15-partition limit for SCSI and SATA unless the disk uses GPT labels.

What about swap space?

There is no perfect value for the swap partition. The purpose of swap 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), freeing memory. Of course, if that memory is suddenly needed, these pages need to be put back in memory (page-in) which will take a while (as disks are very slow compared to internal memory).

When the system is not going to run memory intensive applications or the system has lots of memory available, then it probably does not need much swap space. However, swap space is also used to store the entire memory in case of hibernation. If the system is going to need hibernation, then a bigger swap space is necessary, often at least the amount of memory installed in the system.

Using fdisk to partition a disk (SRM only)

The following parts explain how to create the example slice layout for the SRM:

Slice	Description
/dev/sda1	Swap slice
/dev/sda2	Root slice
/dev/sda3	Full disk (required)

Change the slice layout according to personal preference.

Identifying available disks

To figure out what disks are running in the system, use the following commands:

IDE ディスクの場合:

root #dmesg | grep 'drive$'

SCSI ディスクの場合:

root #dmesg | grep 'scsi'

The output will show what disks were detected and their respective /dev/ entry. In the following parts we assume that the disk is a SCSI disk on /dev/sda.

そして fdisk を実行:

root #fdisk /dev/sda

Deleting all slices

If the hard drive is completely blank, then first create a BSD disklabel.

Command (m for help):b

/dev/sda contains no disklabel.
Do you want to create a disklabel? (y/n) y
A bunch of drive-specific info will show here
3 partitions:
#       start       end      size     fstype   [fsize bsize   cpg]                                    
  c:        1      5290*     5289*    unused        0     0

We start with deleting all slices except the 'c'-slice (a requirement for using BSD disklabels). The following shows how to delete a slice (in the example we use 'a'). Repeat the process to delete all other slices (again, except the 'c'-slice).

Use p to view all existing slices. d is used to delete a slice.

BSD disklabel command (m for help):p

8 partitions:
#       start       end      size     fstype   [fsize bsize   cpg]                                    
  a:        1       235*      234*    4.2BSD     1024  8192    16
  b:      235*      469*      234*      swap
  c:        1      5290*     5289*    unused        0     0
  d:      469*     2076*     1607*    unused        0     0
  e:     2076*     3683*     1607*    unused        0     0
  f:     3683*     5290*     1607*    unused        0     0
  g:      469*     1749*     1280     4.2BSD     1024  8192    16
  h:     1749*     5290*     3541*    unused        0     0

BSD disklabel command (m for help):d

Partition (a-h): a

After repeating this process for all slices, a listing should show something similar to this:

BSD disklabel command (m for help):p

3 partitions:
#       start       end      size     fstype   [fsize bsize   cpg]                                    
  c:        1      5290*     5289*    unused        0     0

Creating the swap slice

On Alpha based systems there is no need for a separate boot slice. However, the first cylinder cannot be used as the aboot image will be placed there.

We will create a swap slice starting at the third cylinder, with a total size of 1 GB. Use n to create a new slice. After creating the slice, we will change its type to 1 (one), meaning swap.

BSD disklabel command (m for help):n

Partition (a-p): a
First cylinder (1-5290, default 1): 3
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (3-5290, default 5290): +1024M

BSD disklabel command (m for help):t

Partition (a-c): a
Hex code (type L to list codes): 1

After these steps a layout similar to the following should be shown:

BSD disklabel command (m for help):p

3 partitions:
#       start       end      size     fstype   [fsize bsize   cpg]                                    
  a:        3      1003      1001       swap
  c:        1      5290*     5289*    unused        0     0

Creating the root slice

We will now create the root slice, starting from the first cylinder after the swap slice. Use the p command to view where the swap slice ends. In our example, this is at 1003, making the root slice start at 1004.

Another problem is that there is currently a bug in fdisk making it think the number of available cylinders is one above the real number of cylinders. In other words, when asked for the last cylinder, decrease the cylinder number (in this example: 5290) with one.

When the slice is created, we change the type to 8, for ext2.

BSD disklabel command (m for help):n

Partition (a-p): b
First cylinder (1-5290, default 1): 1004
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1004-5290, default 5290): 5289

BSD disklabel command (m for help):t

Partition (a-c): b
Hex code (type L to list codes): 8

The resulting slice layout should now be similar to this:

BSD disklabel command (m for help):p

3 partitions:
#       start       end      size     fstype   [fsize bsize   cpg]                                    
  a:        3      1003      1001       swap
  b:     1004      5289      4286       ext2
  c:        1      5290*     5289*    unused        0     0

Save the slice layout and exit

Exit the fdisk application by typing w. This will also save the slice layout.

Command (m for help):w

Using fdisk to partition the disk (ARC/AlphaBIOS only)

The following parts explain how to create the example partition layout for ARC/AlphaBIOS:

Partition	Description
/dev/sda1	Boot partition
/dev/sda2	Swap partition
/dev/sda3	Root partition

Change the partition layout according to personal preference.

Identifying the available disks

To figure out what disks are running, use the following commands:

IDE ディスクの場合:

root #dmesg | grep 'drive$'

SCSI ディスクの場合:

root #dmesg | grep 'scsi'

From this output it should be easy to see what disks were detected and their respective /dev/ entry. In the following parts we assume that the disk is a SCSI disk on /dev/sda.

そして fdisk を実行:

root #fdisk /dev/sda

Deleting all partitions

If the hard drive is completely blank, then first create a DOS disklabel.

Command (m for help):o

Building a new DOS disklabel.

We start with deleting all partitions. The following shows how to delete a partition (in the example we use '1'). Repeat the process to delete all other partitions.

Use p to view all existing partitions. d is used to delete a partition.

command (m for help):p

Disk /dev/sda: 9150 MB, 9150996480 bytes
64 heads, 32 sectors/track, 8727 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 = 1048576 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1               1         478      489456   83  Linux
/dev/sda2             479        8727     8446976    5  Extended
/dev/sda5             479        1433      977904   83  Linux Swap
/dev/sda6            1434        8727     7469040   83  Linux

command (m for help):d

Partition number (1-6): 1

Creating the boot partition

On Alpha systems which use MILO to boot, we have to create a small vfat boot partition.

Command (m for help):n

Command action
  e   extended
  p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 1
First cylinder (1-8727, default 1): 1
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1-8727, default 8727): +16M

Command (m for help):t

Selected partition 1
Hex code (type L to list codes): 6
Changed system type of partition 1 to 6 (FAT16)

Creating the swap partition

We will create a swap partition with a total size of 1 GB. Use n to create a new partition.

Command (m for help):n

Command action
  e   extended
  p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 2
First cylinder (17-8727, default 17): 17
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (17-8727, default 8727): +1000M

Command (m for help):t

Partition number (1-4): 2
Hex code (type L to list codes): 82
Changed system type of partition 2 to 82 (Linux swap)

After these steps a layout similar to the following is shown:

Command (m for help):p

Disk /dev/sda: 9150 MB, 9150996480 bytes
64 heads, 32 sectors/track, 8727 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 = 1048576 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1               1          16       16368    6  FAT16
/dev/sda2              17         971      977920   82  Linux swap

Creating the root partition

We will now create the root partition. Again, just use the n command.

Command (m for help):n

Command action
  e   extended
  p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 3
First cylinder (972-8727, default 972): 972
Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (972-8727, default 8727): 8727

After these steps a layout similar to the following should be shown:

Command (m for help):p

Disk /dev/sda: 9150 MB, 9150996480 bytes
64 heads, 32 sectors/track, 8727 cylinders
Units = cylinders of 2048 * 512 = 1048576 bytes
  
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1               1          16       16368    6  FAT16
/dev/sda2              17         971      977920   82  Linux swap
/dev/sda3             972        8727     7942144   83  Linux

Save the partition layout and exit

Save the changes made in fdisk by typing w.

Command (m for help):w

Now that the partitions are created, continue with Creating filesystems.

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alpha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)。

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。

ext2では、これは次のコマンドで実行できます：

root #mkfs.ext2 -T small /dev/<device>

ext3とext4では、ジャーナリングを有効にするために-jオプションを追加しましょう：

root #mkfs.ext2 -j -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：

root #mkfs.ext2 -i <ratio> /dev/<device>

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、ブートパーティション（/dev/sda1）をext2に、ルートパーティション（/dev/sda3）をext4に設定するには、次のコマンドが使えます：

root #mkfs.ext2 /dev/sda1

root #mkfs.ext4 /dev/sda3

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。

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 と boot パーティションをマウントします。

root #mount /dev/sda3 /mnt/gentoo

root #mkdir /mnt/gentoo/boot

root #mount /dev/sda1 /mnt/gentoo/boot

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。

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