XFS

ファイルシステム

XFS は Silicon Graphics, Inc によって開発された高性能ジャーナリングファイルシステムです。XFS はアロケーショングループを使って設計されているため並列化された IO で特に性能を発揮します。このため複数のストレージデバイスを使用するときは IO スレッド, ファイルシステムの帯域, ファイルとファイルシステムのサイズ全てをスケーリングすることが可能です。

準備

XFS ユーザースペースユーティリティ xfsprogs パッケージをインストールして下さい。 XFS ファイルシステムを管理するために必要なツールが含まれています。

設定

デバイス に新しいファイルシステムを作成するには、次を使用します。

# mkfs.xfs device

一般に、デフォルトのオプションは一般的な使用に最適です。[1] [2]

サンプル出力:

meta-data=/dev/device            isize=256    agcount=4, agsize=3277258 blks
         =                       sectsz=512   attr=2
data     =                       bsize=4096   blocks=13109032, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=6400, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

ヒント:

-L label オプションでファイルシステムにラベルを付けることができます。
既存のファイルシステムを含むブロックデバイス上で mkfs.xfs を使用する場合、ファイルシステムを上書きするために -f オプションを追加します。[3] 'この操作により、以前のファイルシステムに含まれていたデータは全て破壊されます'

ノート: XFS ファイルシステムの作成後、そのサイズを縮小することはできません。ただし、xfs_growfs コマンドを使用して拡大することはできます [4] 参照 #リサイズ

チェックサム

xfsprogs 3.2.0 では、新しいディスクフォーマット (v5) が導入され、Self-Describing Metadata というメタデータのチェックサムスキームが含まれています。 CRC32 に基づいており、例えば予期せぬ停電の際にメタデータが破損しないようにするための追加保護を提供します。チェックサムは xfsprogs を使用している場合、デフォルトで有効になっています。3.2.3以降古いカーネルで読み書き可能な xfs が必要な場合は、 mkfs.xfs(8) を呼ぶときに -m crc=0 スイッチを使えば、簡単に無効にできます。

# mkfs.xfs -m crc=0 /dev/target_partition

ノート: メタデータ CRC を無効にすると、以下の #Free inode btree, #Reverse mapping btree, #Big timestamps 機能、および "参照カウントbtree"（詳細は mkfs.xfs(8) § OPTIONS 参照）も無効になります。

XFS v5 オンディスクフォーマットは Linux Kernel 3.15 以降の実稼働ワークロードでは安定と見なされています。

ノート: Btrfs や ZFS とは異なり、CRC32 チェックサムはメタデータにのみ適用され、実際のデータには適用されません。

Free inode btree

Linux 3.16 から、XFS には空き inode を追跡する btree が追加されました。これは既存の inode 割り当て btree と同等ですが、free inode btree は少なくとも1つの空き inode を持つ inode チャンクを追跡することは例外です。目的は、inode 割り当てのための空き inode クラスタのルックアップを改善することです。古くなったファイルシステム、つまり、何百万ものファイルをファイルシステムに追加したり、ファイルシステムから削除したりして、何年も経過したファイルシステムでのパフォーマンスを向上させることができます。この機能を使用しても、ファイルシステム全体の信頼性レベルやリカバリ機能には影響がありません。

この機能は、Linux Kernel 3.15 以降の実運用ワークロードで安定したと考えられる新しい v5 オンディスク・フォーマットに依存しています。既存のディスク上の構造は変更されませんが、inode 割り当て btree との一貫性を維持する必要がある新しい構造が追加されます。このため、古いカーネルでは free inode btree 機能を持つ読み取り専用ファイルシステムのみをマウントすることができます。

この機能は xfsprogs 3.2.3 以降を使用している場合、デフォルトで有効になっています。古いカーネルで書き込み可能なファイルシステムが必要な場合、XFS パーティションをフォーマットする際に finobt=0 スイッチで無効にすることができます。このとき、crc=0が一緒に必要になります。

# mkfs.xfs -m crc=0,finobt=0 /dev/target_partition

または（finobt は crc に依存するため）

# mkfs.xfs -m crc=0 /dev/target_partition

Reverse mapping btree

リバースマッピング btree は、そのコアで、ストレージスペース使用量のセカンダリインデックスであり、プライマリスペース使用量メタデータの冗長コピーを効果的に提供します。これにより、ファイルシステム操作にいくらかのオーバーヘッドが追加されますが、ファイルシステムに含まれるため、相互参照が非常に高速になります。破損したプライマリメタデータをセカンダリコピーから再構築できるため、オンラインでファイルシステムを修復するために不可欠な機能です [5]

この機能は、Linux 4.16 の実験的ステータスを卒業し、本番環境に対応しています。ただし、オンラインファイルシステムのチェックと修復は（これまでのところ）この機能の唯一のユースケースであるため、少なくともオンラインチェックが本番環境に移行するまではオプトインのままです。

mkfs.xfs(8) § OPTIONS より:

Reverse mapping btree は、ファイルシステムブロックをファイルシステムブロックの所有者にマップします。ほとんどのマッピングは i ノード番号とオフセットになりますが、ファイルシステムメタデータへのマッピングもあります。このセカンダリメタデータを使用して、プライマリメタデータを検証したり、ディスクエラーが発生したときに失われたデータを正確に特定したりできます。

詳しくは [6]と[7] も参照してください。

この機能または将来を見据えた新しいファイルシステムを試すには、ファイルシステムの作成中に -m rmapbt=1 パラメータを渡します。

# mkfs.xfs -m rmapbt=1 device

整合性

xfsprogs 3.2.0 から新しいオンディスクフォーマット (v5) が導入され、Self-Describing Metadata という名前のメタデータチェックサム機構が入っています。CRC32 に基づいて、突然の停電などでメタデータが破損するのを保護します。xfsprogs 3.2.3 以降を使う場合デフォルトでチェックサムは有効です。mkfs.xfs の実行時に -m crc=0 スイッチを使うことで無効にすることもできます:

# mkfs.xfs -m crc=0 /dev/target_partition

XFS の v5 オンディスクフォーマットが実運用に耐えるほど安定になったのは Linux カーネル 3.15 からとされます。

ノート: Btrfs や ZFS とは異なり、CRC32 チェックサムはメタデータだけに適用され、実際のデータには使われません。

パフォーマンス

速度を最適化するには、XFS ファイルシステムを次のコマンドで作成します:

# mkfs.xfs /dev/target_partition

はい、とてもシンプルです。なぜなら "ブースト機能" は全てデフォルトで "オン" になっているからです。

警告: パフォーマンスを上げるためにバリアや atime などの無効化を施すとデータの破損が頻繁に起こるようになる可能性があります。

XFS wiki によれば、XFS を最大限活用したい場合は、デフォルトの CFQ I/O スケジューラーを (Deadline, Noop, BFQ などに) 変更したほうが良いようです (特に SSD を使っている場合)。

ストライプサイズと幅

ファイルシステムをストライプする RAID 上に作成する場合は mkfs.xfs コマンドでストライプサイズを指定することで著しい速度の向上が望めます。

How to calculate the correct sunit,swidth values for optimal performance を見て下さい。

バリアの無効化

/etc/fstab ファイルに nobarrier マウントオプションを追加してファイルシステムのバリアの使用を無効化することでパフォーマンスを上げることができます。

アクセス日時

/etc/fstab ファイルに noatime マウントオプションを追加することでファイルシステムのパフォーマンスが向上することがあります。XFS ファイルシステムではデフォルトの atime の扱い方は relatime になっており、noatime と比べてオーバーヘッドをかなり減らしつつも atime の値を正常に保ちます。現在 Linux の全てのファイルシステムが (2.6.30 あたりから) デフォルトで relatime を使うようになっていますが、XFS が relatime を使うようになったのは2006年からです。そのため、パフォーマンスを理由に XFS で noatime を使う必要はほとんどありません。

また、noatime には nodiratime が含まれているため、noatime を指定したら nodiratime を指定する必要はなくなります。

デフラグ

XFS はエクステントベースであり遅延アロケーションを利用しているため断片化の問題はなかなか発生しないようになっていますが、マウントされたアクティブな XFS ファイルシステム上のファイルをデフラグできる、ファイルシステムデフラグユーティリティ (xfs_fsr, XFS filesystem reorganizer の略) が用意されています。定期的に XFS の断片化を監視するのにも使えます。

xfs_fsr(8) はマウントされたファイルシステムの編成を改善します。再編成アルゴリズムによって一度に一つのファイルが操作され、コンパクトになる、つまりファイルのエクステント (ファイルデータの連続ブロック) のレイアウトが改善されます。

フラグメンテーションレベルの確認

ファイルシステムにどれくらい断片化が発生しているのか確認するには:

# xfs_db -c frag -r /dev/sda3

デフラグの実行

デフラグを開始するには、xfsprogs パッケージに含まれている xfs_fsr コマンドを使います:

# xfs_fsr /dev/sda3

使われていない inode の btree

Linux 3.16 から、XFS にはフリーの inode を追跡するための btree が追加されています。基本的には既存の inode の割り当ての btree と同じですが、追跡するのが使われていない inode という点が異なります。この btree の目的は inode を割り当てるときに inode の空きを検索するスピードを高速化させることです。何年何ヶ月も使い込んだファイルシステムでのパフォーマンスが向上します。この機能を使うことでファイルシステム全体の信頼性に影響が出たり、リカバリするときに障害になることはありません。

この機能では新しい v5 オンディスクフォーマットを使っており、Linux カーネル 3.15 から業務用で使えるほどに安定している状態になったと判定されています。既存のディスク上の構造を変えることはありませんが、inode の割り当ての btree と整合性があるようにする必要があります。そのため、古いカーネルでは、使われていない inode の btree 機能を有効にした場合、読み取り専用でしかファイルシステムをマウントできません。

xfsprogs 3.2.3 以降を使う場合この機能はデフォルトで有効です。古いカーネルとディスクを共有したい場合などには mkfs.xfs の実行時に -m finobt=0 スイッチを使いこの機能を無効にすることもできます。CRC も一緒に無効にしてください:

# mkfs.xfs -m crc=0,finobt=0 /dev/target_partition

または finobt=0 を省いても無効になります (finobt のデフォルト値は crc に依存しています):

# mkfs.xfs -m crc=0 /dev/target_partition

管理

リサイズ

ノート: 現在、XFS の縮小は出来ません

XFS はパーティションが変更された後、オンラインでサイズを変更することができます。マウントポイントを最初のパラメータとして xfs_growfs を実行すれば、XFS ファイルシステムを最大サイズに拡大できます。

# xfs_growfs /path/to/mnt/point

オンラインメタデータチェック (スクラブ)

警告: このプログラムは 実験的 であり、その動作やインターフェースはいつでも変更できることを意味します。xfs_scrub(8) を参照してください。

xfs_scrub はカーネルに XFS ファイルシステム内の全てのメタデータオブジェクトをスクラブするように要求します。メタデータレコードは明らかに悪い値をスキャンされ、他のメタデータと相互参照されます。その目的は、ファイルシステム内の他のメタデータに対する個々のメタデータレコードの一貫性を調べることで、ファイルシステム全体の一貫性に対する妥当な信頼性を確立することです。破損したメタデータは、無傷の冗長なデータ構造が存在すれば、他のメタデータから再構築することができる。

xfs_scrub_all.timer を有効化/起動します、すべての XFS ファイルシステムのオンラインメタデータを定期的にチェックします。

ノート: 編集xfs_scrub_all.timer:タイマーは毎週日曜日の午前3時10分に実行され、失敗した場合はすぐにトリガーされます。最後の開始時間、つまりシステムの電源がオフになっているため。

トラブルシューティング

ルートファイルシステムクォータ

XFS quota マウントオプション (uquota, gquota, prjquota, etc) はファイルシステムの再マウントの際に失敗します。ルートファイルシステムでクォータを有効にするには、マウントオプションは initramfs にカーネルパラメータとして渡されなければなりません。rootflags= です。その後、ルート (/etc/fstab) ファイルシステムのマウントオプションの中にリストされてはいけません。

ノート: 標準的な Linux ディスククォータと比べて XFS Quota にはいくつかの違いがあります。この記事 https://inai.de/linux/adm_quota は読む価値があるかもしれません。

xfs_scrub_all は、ユーザ "nobody" がマウントポイントにアクセスできない場合、失敗します

xfs_scrub_all を実行すると、マウントされた各 XFS ファイルシステムに対して xfs_scrub@.service が起動します。このサービスはユーザ nobody として実行されるので、nobody がディレクトリに移動できない場合、エラーで失敗します。

xfs_scrub@mountpoint.service: Changing to the requested working directory failed: Permission denied
xfs_scrub@mountpoint.service: Failed at step CHDIR spawning /usr/bin/xfs_scrub: Permission denied
xfs_scrub@mountpoint.service: Main process exited, code=exited, status=200/CHDIR

サービスの実行を許可するには、ユーザー nobody に実行権限があるようにマウントポイントのパーミッションを変更します。

参照

XFS

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