A Raspberry Pi rugalmasabbá teszi File Rendszer használati útmutató

A Raspberry Pi Ltd eszközöket gyakran használják adattároló és -felügyeleti eszközként, gyakran olyan helyeken, ahol hirtelen áramkimaradások fordulhatnak elő. Mint minden számítástechnikai eszköznél, az áramkimaradások is okozhatnak tárolóeszközök sérülését. Ez a tanulmány néhány lehetőséget kínál arra, hogyan előzhető meg az adatvesztés ilyen és más körülmények között a megfelelő beállítások kiválasztásával. file rendszerek és beállítások az adatintegritás biztosítása érdekében. Ez a tanulmány feltételezi, hogy a Raspberry Pi a Raspberry Pi (Linux) operációs rendszert (OS) futtatja, és teljesen naprakész a legújabb firmware-rel és kernelekkel.

Mi az adatvesztés és miért fordul elő?
Az adatsérülés a számítógépes adatok nem szándékos változásaira utal, amelyek írás, olvasás, tárolás, átvitel vagy feldolgozás során történnek. Ebben a dokumentumban csak a tárolásra utalunk, nem pedig az átvitelre vagy a feldolgozásra. Adatsérülés akkor fordulhat elő, ha egy írási folyamat megszakad a befejezése előtt, oly módon, hogy megakadályozza az írás befejezését, példáulampáramkimaradás esetén. Érdemes ezen a ponton röviden áttekinteni, hogyan írja a Linux operációs rendszer (és tágabb értelemben a Raspberry Pi operációs rendszer) az adatokat a tárolóba. A Linux általában írási gyorsítótárakat használ a tárolóba írandó adatok tárolására. Ezek a gyorsítótárak (ideiglenesen) tárolják az adatokat a véletlen hozzáférésű memóriában (RAM), amíg el nem érnek egy bizonyos előre meghatározott korlátot, ekkor az összes függőben lévő írási művelet a tárolóközegre egyetlen tranzakcióban történik. Ezek az előre meghatározott korlátok időhöz és/vagy mérethez kötöttek lehetnek. PéldáulampPéldául az adatok gyorsítótárazhatók, és csak öt másodpercenként írhatók a tárolóba, vagy csak akkor írhatók ki, ha egy bizonyos mennyiségű adat felhalmozódott. Ezeket a sémákat a teljesítmény javítására használják: egy nagy adatmennyiség egyetlen menetben történő írása gyorsabb, mint sok kis adattömb írása.

Ha azonban áramkimaradás történik az adatok gyorsítótárban való tárolása és kiírása között, akkor az adatok elvesznek. További lehetséges problémák merülhetnek fel az írási folyamat későbbi szakaszában, az adatok fizikai írása során a tárolóközegre. Miután egy hardverelem (pl.ampHabár a Secure Digital (SD) kártya interfészen keresztül adatokat kell írni, az adatok fizikai tárolása véges időt vesz igénybe. Ismétlem, ha áramkimaradás történik ebben a rendkívül rövid időszakban, előfordulhat, hogy az írandó adatok megsérülnek. Egy számítógépes rendszer, beleértve a Raspberry Pi-t is, leállításakor a legjobb gyakorlat a leállítás opció használata. Ez biztosítja, hogy az összes gyorsítótárazott adat kiírásra kerüljön, és hogy a hardvernek legyen ideje az adatokat a tárolóközegbe írni. A Raspberry Pi eszközök többsége által használt SD-kártyák nagyszerűek olcsó merevlemez-helyettesítőként, de idővel hajlamosak a meghibásodásra, attól függően, hogyan használják őket. Az SD-kártyákban használt flash memória korlátozott írási ciklus élettartammal rendelkezik, és ahogy a kártyák közelednek ehhez a határhoz, megbízhatatlanná válhatnak. A legtöbb SD-kártya egy kopáskiegyenlítésnek nevezett eljárást használ, hogy a lehető leghosszabb ideig működjön, de végül meghibásodhatnak. Ez hónapoktól évekig is eltarthat, attól függően, hogy mennyi adatot írtak a kártyára, vagy (ami még fontosabb) töröltek róla. Ez az élettartam drámaian eltérhet a kártyák között. Az SD-kártya meghibásodását általában véletlenszerű hibák jelzik. file sérülések, mivel az SD-kártya egyes részei használhatatlanná válnak.

Az adatok más módon is megsérülhetnek, beleértve, de nem kizárólagosan, a hibás adathordozót, a tárolóeszközt író szoftver (illesztőprogramok) hibáit, vagy magukban az alkalmazásokban található hibákat. E tanulmány alkalmazásában minden olyan folyamatot sérülési eseménynek tekintünk, amely során adatvesztés történhet.

Mi okozhat írási műveletet?
A legtöbb alkalmazás valamilyen módon ír a tárolóba, pl.ampfájlkonfigurációs információk, adatbázis-frissítések és hasonlók. Ezek közül néhány fileAz s parancsok akár ideiglenesek is lehetnek, azaz csak a program futása közben használatosak, és nem kell őket ki- és bekapcsolási ciklus után sem karbantartani; azonban továbbra is írást eredményeznek a tárolóközegbe. Még ha az alkalmazás valójában nem is ír adatokat, a Linux a háttérben folyamatosan írásokat fog végezni a tárolóba, többnyire naplózási információkat.

Hardvermegoldások

Bár nem teljesen tartozik e tanulmány hatáskörébe, érdemes megemlíteni, hogy a váratlan áramkimaradások megelőzése egy gyakran használt és jól ismert intézkedés az adatvesztés ellen. Az olyan eszközök, mint a szünetmentes tápegységek (UPS), biztosítják a folyamatos áramellátást, és ha az UPS áramkimaradást szenved, akkumulátoros üzemmódban jelezhetik a számítógépes rendszernek, hogy áramkimaradás várható, így a leállítás zökkenőmentesen végrehajtható, mielőtt a tartalék tápegység lemerülne. Mivel az SD-kártyák élettartama korlátozott, hasznos lehet egy olyan csereprogram, amely biztosítja, hogy az SD-kártyákat még az élettartamuk vége előtt kicseréljék.

Erős file rendszerek

A Raspberry Pi eszközök többféleképpen is megvédhetők a meghibásodási eseményektől. Ezek a meghibásodás megelőzésének képességében különböznek, és minden egyes művelet csökkenti annak előfordulásának esélyét.

Írásszám csökkentése
Már az alkalmazások és a Linux operációs rendszer által végzett írás mennyiségének csökkentése is jótékony hatással lehet. Ha sok naplózást végzel, akkor megnő az esélye annak, hogy sérülés esetén írási műveletek történjenek. Az alkalmazásban a naplózás csökkentése a végfelhasználótól függ, de Linux alatt is csökkenthető a naplózás. Ez különösen fontos, ha flash alapú tárolót használsz (pl. eMMC, SD kártyák), mivel ezek írási életciklusa korlátozott.

Változó véglegesítési idők
A kötelezettségvállalási idő egy file A rendszer az az időtartam, ameddig a gyorsítótárban tárolja az adatokat, mielőtt azokat a tárolóba másolja. Ennek az időnek a növelése javítja a teljesítményt azáltal, hogy sok írást kötegelt formában végez, de adatvesztéshez vezethet, ha az adatok írása előtt sérülési esemény történik. A véglegesítési idő csökkentése azt jelenti, hogy kisebb az esélye annak, hogy egy sérülési esemény adatvesztéshez vezet, bár nem akadályozza meg teljesen.
A fő EXT4 véglegesítési idejének módosítása file Raspberry Pi operációs rendszeren történő telepítéshez szerkesztenie kell az \etc\fstab fájlt. file amely meghatározza, hogyan file A rendszerek indításkor kerülnek telepítésre.
$sudo nano /etc/fstab

Adja hozzá a következőt a gyökér EXT4 bejegyzéséhez file rendszer:

commit=

Tehát az fstab fájl nagyjából így nézhet ki, ahol a véglegesítési idő három másodpercre van állítva. Ha nincs külön beállítva, a véglegesítési idő alapértelmezés szerint öt másodperc lesz.

Ideiglenes file rendszerek

Ha egy alkalmazás ideiglenes file tárolás, azaz az adatokat csak az alkalmazás futása közben használják, és nem kell leállításkor menteni őket, akkor a fizikai írások tárolóba való megakadályozásának jó módja egy ideiglenes file rendszer, tmpfs. Mivel ezek file Mivel a rendszerek RAM alapúak (valójában virtuális memóriában tárolódnak), a tmpfs fájlba írt adatok soha nem kerülnek fizikai tárolóba, ezért nem befolyásolják a flash élettartamát, és nem sérülhetnek sérülés esetén sem.
Egy vagy több tmpfs hely létrehozásához szerkeszteni kell az /etc/fstab fájlt. file, amely az összes file Raspberry Pi operációs rendszer alatt futó rendszerek. A következő példákampa fájl a tárolásalapú /tmp és /var/log helyeket ideiglenes helyekkel helyettesíti file rendszer helyei. A második példaampA szabványos naplózási mappát felváltó fájl korlátozza a fájl teljes méretét. file rendszer 16 MB-ra.

tmpfs /tmp tmpfs alapértelmezett értékek,noatime 0 0
tmpfs /var/log tmpfs alapértelmezett értékek, időzítés, méret=16m 0 0

Létezik egy harmadik féltől származó szkript is, amely segít a RAM-ba történő naplózás beállításában, és amely megtalálható a GitHubon. Ennek további funkciója, hogy a RAM-alapú naplókat előre meghatározott időközönként lemezre írja.

Csak olvasható root file rendszerek

A gyökér file A rendszer (rootfs) a file rendszer azon a lemezpartíción, amelyen a gyökérkönyvtár található, és ez a file rendszer, amelyen az összes többi file A rendszerek a rendszerindításkor csatlakoznak. A Raspberry Pi-n ez /, és alapértelmezés szerint az SD-kártyán található, mint egy teljes értékű írási/olvasási EXT4 partíció. Van egy boot mappa is, amely /boot néven van csatolva, és egy írási/olvasási FAT partíció. Ha a rootfs-t CSAK olvasásra állítja be, az megakadályozza az írási hozzáférést, így sokkal ellenállóbbá válik a sérülési eseményekkel szemben. Azonban, hacsak más intézkedéseket nem tesznek, ez azt jelenti, hogy semmi sem írható a file egyáltalán nem használhatja a rendszert, így az alkalmazásból a rootfs fájlrendszerbe bármilyen adat mentése le van tiltva. Ha adatokat kell tárolnia az alkalmazásból, de csak olvasható rootfs fájlrendszert szeretne, egy gyakori technika egy olyan USB-memóriakártya vagy hasonló eszköz hozzáadása, amely csak felhasználói adatok tárolására szolgál.

JEGYZET
Ha swap-et használsz file írásvédett használat esetén file rendszer, akkor át kell helyezned a swap-ot file egy olvasási/írási partícióra.

Fedvény file rendszer

Egy átfedés file rendszer (overlayfs) kettőt egyesít file rendszerek, egy felső file rendszer és egy alacsonyabb file rendszerben. Amikor egy név létezik mindkettőben file rendszerek, a felső részben található tárgy file a rendszer látható, miközben az alsó részen lévő tárgy file A rendszer vagy rejtett, vagy – könyvtárak esetén – a felső objektummal van egyesítve. A Raspberry Pi raspi-config fájlban biztosít egy opciót az overlayfs engedélyezéséhez. Ezáltal a rootfs (alsó) csak olvasható lesz, és egy RAM-alapú felső objektumot hoz létre. file rendszer. Ez nagyon hasonló eredményt ad, mint az írásvédett file rendszer, az összes felhasználói módosítás elveszik újraindításkor. Az overlayfs-t engedélyezheti a raspi-config parancssorból vagy az asztali Raspberry Pi konfigurációs alkalmazásból a Beállítások menüben.

Az overlayfs más implementációi is léteznek, amelyek képesek szinkronizálni a szükséges változtatásokat a felső és az alsó szint között. file rendszer előre meghatározott ütemterv szerint. PéldáulampPéldául tizenkét óránként átmásolhatja a felhasználó saját mappájának tartalmát a felső szintről az alsó szintre. Ez nagyon rövid időre korlátozza az írási folyamatot, ami azt jelenti, hogy a sérülés sokkal kisebb valószínűséggel fordul elő, de azt jelenti, hogy ha a szinkronizálás előtt áramkimaradás történik, az utolsó óta generált adatok elvesznek. pSLC a Compute modulokon A Raspberry Pi Compute Module eszközökön használt eMMC memória MLC (Multi-Level Cell), ahol minden memóriacella 2 bitet jelent. A pSLC, vagyis a pseudo-Single Level Cell egy olyan NAND flash memória technológia, amely kompatibilis MLC tárolóeszközökben engedélyezhető, ahol minden cella csak 1 bitet jelent. Úgy tervezték, hogy egyensúlyt teremtsen az SLC flash teljesítménye és tartóssága, valamint az MLC flash költséghatékonysága és nagyobb kapacitása között. A pSLC nagyobb írási tartóssággal rendelkezik, mint az MLC, mert a cellákba ritkábban írt adatok csökkentik a kopást. Míg az MLC körülbelül 3,000-10,000 XNUMX írási ciklust kínálhat, a pSLC lényegesen magasabb számokat tud elérni, megközelítve az SLC tartóssági szintjét. Ez a megnövekedett tartósság hosszabb élettartamot jelent a pSLC technológiát használó eszközök számára a hagyományos MLC-t használókhoz képest.

Az MLC költséghatékonyabb, mint az SLC memória, de bár a pSLC jobb teljesítményt és tartósságot kínál, mint a tiszta MLC, ezt a kapacitás rovására teszi. Egy pSLC-hez konfigurált MLC eszköz kapacitása fele akkora (vagy annál kevesebb) lesz, mint egy hagyományos MLC eszközé, mivel minden cella csak egy bitet tárol kettő vagy több helyett.

A megvalósítás részletei

A pSLC az eMMC-n van implementálva, mint egy Enhanced User Area (más néven Enhanced Storage). A Enhanced User Area tényleges implementációja nincs definiálva az MMC szabványban, de általában pSLC.

A kibővített felhasználói terület (Enhanced User Area) egy koncepció, míg a pSLC egy megvalósítás.

A pSLC az Enhanced User Area megvalósításának egyik módja.
Jelen sorok írásakor a Raspberry Pi Compute Modulokon használt eMMC a pSLC használatával valósítja meg a kibővített felhasználói területet.

Nem szükséges a teljes eMMC felhasználói területet kibővített felhasználói területként konfigurálni.
Egy memóriaterület kibővített felhasználói területként való programozása egyszeri művelet. Ez azt jelenti, hogy a művelet nem vonható vissza.

Bekapcsolás
A Linux az mmc-utils csomagban biztosít egy parancskészletet az eMMC partíciók kezeléséhez. Telepítsen egy szabványos Linux operációs rendszert a CM eszközre, és telepítse az eszközöket az alábbiak szerint:

sudo apt install mmc-utils

Az eMMC-vel kapcsolatos információk lekéréséhez (ez a parancs a Less-be kerül, mivel elég sok információt kell megjeleníteni):

sudo mmc extcsd read /dev/mmcblk0 | less

FIGYELMEZTETÉS
A következő műveletek egyszeriek – egyszer futtathatók, és nem vonhatók vissza. A Compute Module használata előtt is futtatni kell őket, mivel az összes adatot törlik. Az eMMC kapacitása a korábbi érték felére csökken.

A pSLC bekapcsolásához használt parancs az mmc enh_area_set, amelyhez számos paraméter szükséges, amelyek meghatározzák, hogy a pSLC mekkora memóriaterületen legyen engedélyezve. A következő példaampA fájl a teljes területet használja. Az eMMC egy részhalmazának használatáról az mmc parancs súgójában (man mmc) talál részleteket.

Az eszköz újraindítása után ÚJRA KELL telepítenie az operációs rendszert, mivel a pSLC engedélyezése törli az eMMC tartalmát.

A Raspberry Pi CM Provisioner szoftverben lehetőség van a pSLC beállítására a kiépítési folyamat során. Ez a GitHubon található a következő címen: https://github.com/raspberrypi/cmprovision.

Eszközön kívüli file rendszerek / hálózatindítás
A Raspberry Pi képes hálózati kapcsolaton keresztül bootolni, pl.ample a hálózat használatával File Rendszer (NFS). Ez azt jelenti, hogy miután az eszköz befejezte az elsőtage boot, ahelyett, hogy betöltené a kernelt és a rootot file rendszer az SD-kártyáról, egy hálózati szerverről töltődik be. Futás után minden file A műveletek a szerveren, és nem a helyi SD-kártyán történnek, amelynek nincs további szerepe az eljárásban.
Felhő megoldások
Manapság számos irodai feladat a böngészőben történik, és minden adat online tárolódik a felhőben. Az adatok SD-kártyán kívüli tárolása nyilvánvalóan javíthatja a megbízhatóságot, de a folyamatos internetkapcsolat, valamint a felhőszolgáltatók esetleges díjainak rovására. A felhasználó használhat egy teljes Raspberry Pi operációs rendszert a Raspberry Pi-re optimalizált böngészővel, hogy hozzáférjen a felhőszolgáltatásokhoz olyan szolgáltatóktól, mint a Google, a Microsoft, az Amazon stb. Alternatív megoldást jelentenek a vékonykliens-szolgáltatók, amelyek a Raspberry Pi operációs rendszert egy olyan operációs rendszerrel/alkalmazással helyettesítik, amely egy központi szerveren tárolt erőforrásokról fut az SD-kártya helyett. A vékonykliensek úgy működnek, hogy távolról csatlakoznak egy szerveralapú számítástechnikai környezethez, ahol a legtöbb alkalmazás, érzékeny adat és memória tárolódik.

Következtetések

A megfelelő leállítási eljárások betartása esetén a Raspberry Pi SD-kártyás tárolása rendkívül megbízható. Ez jól működik otthoni vagy irodai környezetben, ahol a leállítás szabályozható, de ipari környezetben vagy megbízhatatlan áramellátású területeken a Raspberry Pi eszközök használatakor a fokozott óvintézkedések javíthatják a megbízhatóságot.

Röviden, a megbízhatóság javítására szolgáló lehetőségek a következők:

Használjon egy jól ismert, megbízható SD-kártyát.
Csökkentse az írási időket hosszabb véglegesítési időkkel, ideiglenes file rendszerek, overlayfs használatával vagy hasonlóval.

Használjon eszközön kívüli tárhelyet, például hálózati rendszerindítást vagy felhőalapú tárhelyet.
Vezessen be egy rendszert az SD-kártyák élettartamuk vége előtti cseréjére.
Használjon szünetmentes tápegységet (UPS).

A Raspberry Pi a Raspberry Pi Ltd. védjegye
Raspberry Pi Kft

Záradék
© 2020-2023 Raspberry Pi Ltd (korábban Raspberry Pi (Trading) Ltd.)
Ez a dokumentáció a Creative Commons Nevezd meg! – Ne változtasd! 4.0 International (CC BY-ND) licenc alatt áll.

gyártási dátum: 2024-06-25

build-version: githash: 3e4dad9-clean

Jogi nyilatkozat
A RASPBERRY PI TERMÉKEKRE VONATKOZÓ MŰSZAKI ÉS MEGBÍZHATÓSÁGI ADATOKAT (AZ ADATLAPOKAT IS BELEÉRTVE), MINT IDŐRŐL MÓDOSÍTOTTAK („FORRÁSOK”) A RASPBERRY PI LTD („RPL”) „AHOGY VAN”, ÉS BÁRMILYEN KIFEJEZETT, KIFEJEZETT, KIFEJEZETT VAGY KIVÉTELEZETT NEM SZÁLLÍTJA. AZ ELADHATÓSÁGRA ÉS AZ EGY CÉLRA VALÓ ALKALMASSÁGRA VONATKOZÓ VÉLEMEZTETI GARANCIÁT VISSZA TAGADJA. AZ ALKALMAZANDÓ JOGSZABÁLYOK ÁLTAL ENGEDÉLYEZETT MAXIMÁLIS MÉRTÉKÉIG az RPL SEMMILYEN ESETÉN NEM VÁLLAL FELELŐSSÉGET SEMMILYEN KÖZVETLEN, KÖZVETETT, VÉLETLEN, KÜLÖNLEGES, PÉLDA VAGY KÖVETKEZMÉNYES KÁROKÉRT (BEÉLETETETT, DE NEM KORLÁTOZOTT AZ SZOLGÁLTATÁSOK ALÁSZOLGÁLTATÁSÁT; HASZNÁLAT, ADATOK , VAGY NYERESÉG; VAGY ÜZLETI SZAKADÁS), AKÁR AZ OKOZTA ÉS A FELELŐSSÉG ELMÉLETE, AKÁR AKÁR SZERZŐDÉSBŐL, SZIGORÚ FELELŐSSÉGBŐL VAGY JOGSEMÉRETSÉGBŐL (BEÉLETETETT A HOGYANSÁGOT VAGY EGYÉBEN), HA A FELHASZNÁLÁSBÓL BÁRMILYEN MÓDON KERÜL. ITY ILYEN KÁROKRÓL.

Az RPL fenntartja a jogot, hogy bármikor, további értesítés nélkül bármilyen fejlesztést, javítást, javítást vagy egyéb módosítást végezzen az ERŐFORRÁSOKON vagy az azokban leírt bármely terméken. Az ERŐFORRÁSOK megfelelő tervezési ismeretekkel rendelkező, képzett felhasználók számára készültek. A felhasználók kizárólagosan felelősek az ERŐFORRÁSOK kiválasztásáért és használatáért, valamint az azokban leírt termékek bármilyen alkalmazásáért. A felhasználó beleegyezik, hogy kártalanítja és mentesíti az RPL-t minden felelősség, költség, kár vagy egyéb veszteség alól, amely az ERŐFORRÁSOK használatából ered. Az RPL engedélyt ad a felhasználóknak arra, hogy az ERŐFORRÁSOKAT kizárólag a Raspberry Pi termékekkel együtt használják. Az ERŐFORRÁSOK minden egyéb felhasználása tilos. Az RPL vagy más harmadik fél szellemi tulajdonjogára semmilyen licencet nem ad.

MAGAS KOCKÁZATÚ TEVÉKENYSÉGEK. A Raspberry Pi termékeket nem úgy tervezték, gyártották vagy szánták veszélyes környezetben való használatra, amely hibamentes teljesítményt igényel, például nukleáris létesítmények, repülőgép-navigációs vagy kommunikációs rendszerek, légiforgalmi irányítás, fegyverrendszerek vagy biztonságkritikus alkalmazások (beleértve az életfenntartó rendszereket és egyéb orvostechnikai eszközöket) üzemeltetése során, ahol a termékek meghibásodása közvetlenül halálhoz, személyi sérüléshez vagy súlyos fizikai vagy környezeti károkhoz vezethet („Magas kockázatú tevékenységek”). Az RPL kifejezetten kizár minden kifejezett vagy hallgatólagos garanciát a nagy kockázatú tevékenységekre való alkalmasságra vonatkozóan, és nem vállal felelősséget a Raspberry Pi termékek nagy kockázatú tevékenységekben való használatáért vagy felhasználásáért. A Raspberry Pi termékeket az RPL Általános Szerződési Feltételei szabályozzák. Az RPL ERŐFORRÁSOK biztosításával nem bővíti ki és nem módosítja más módon az RPL Általános Szerződési Feltételeit, beleértve, de nem kizárólagosan az azokban kifejezett felelősségkizárásokat és garanciákat.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Milyen Raspberry Pi termékeket támogat ez a dokumentum?
V: Ez a dokumentum különféle Raspberry Pi termékekre vonatkozik, beleértve a Pi 0 W, Pi 1 A/B, Pi 2 A/B, Pi 3, Pi 4, Pi 400, CM1, CM3, CM4, CM5 és Pico készülékeket.
K: Hogyan csökkenthetem az adatvesztés esélyét a Raspberry Pi eszközömön?
V: Az adatvesztést csökkentheti az írási műveletek, különösen a naplózási tevékenységek minimalizálásával és a véglegesítési idők módosításával. file rendszer, ahogyan az ebben a dokumentumban le van írva.

Dokumentumok / Források

A Raspberry Pi rugalmasabbá teszi File Rendszer [pdf] Felhasználói útmutató
Pi 0, Pi 1, egy ellenállóbbá tétele File Rendszer, rugalmasabb File Rendszer, Rugalmas File Rendszer, File Rendszer

Hivatkozások

Felhasználói kézikönyv

A Raspberry Pi rugalmasabbá teszi File Rendszer

A dokumentum hatálya