FreeBSD en Solid State Apparaten

Het bereik van dit artikel zal beperkt zijn tot solid state disk-apparaten die gemaakt zijn met flash-geheugen. Flash-geheugen is een solid state-geheugen (geen bewegende onderdelen) dat niet-vluchtig is (het geheugen blijft gegevens behouden zelf nadat alle stroombronnen zijn ontkoppeld). Flash-geheugen kan enorme fysieke schokken weerstaan en is redelijk snel (de oplossingen met flash-geheugens die in dit artikel worden behandeld zijn iets langzamer dan een EIDE-harde schijf voor schrijfbewerkingen, en veel sneller voor leesbewerkingen). Een heel belangrijk aspect van flash-geheugen, waarvan de ramnificaties later in dit artikel besproken zullen worden, is dat elke sector een beperkte herschrijfcapaciteit heeft. Een sector flash-geheugen kan maar een bepaald aantal keren beschreven, gewist, en herschreven worden voordat de sector permanent onbruikbaar wordt. Hoewel veel flash-geheugenproducten automatisch slechte blokken in kaart brengen, en hoewel sommigen zelfs schrijfoperaties gelijkmatig over de eenheid distribueren, blijft het een feit dat er een limiet bestaat aan de hoeveelheid waarmee het apparaat kan worden beschreven. Concurrerende apparaten hebben tussen de 1.000.000 en 10.000.000 schrijfbewerkingen per sector in hun specificaties staan. Dit getal varieert vanwege de omgevingstemperatuur.

In het bijzonder worden ATA-compatibele compact-flash-eenheden besproken, welke vrij populair zijn als opslagmedium voor digitale camera's. Bijzonder interessant is het feit dat de pinnen ervan precies met die van de IDE-bus overeenkomen en dat ze compatibel zijn met de ATA-commandoverzameling. Daarom kunnen deze apparaten direct aan een IDE-bus in een computer gekoppeld worden met een zeer eenvoudige en goedkope adapter. Eenmaal op deze wijze geïmplementeerd zien besturingssystemen zoals FreeBSD het apparaat als een normale harde schijf (doch klein).

Er bestaan nog andere solid state disk-oplossingen, maar hun kosten, zeldzaamheid, en relatieve gebruiksongemak plaatst ze buiten het bereik van dit artikel.

Enkele kernelopties zijn specifiek interessant voor degenen die een embedded FreeBSD-systeem creëren.

Alle embedded FreeBSD-systemen die flash-geheugen als systeemschijf gebruiken zullen geïntereseerd zijn in geheugenschijven en geheugenbestandssystemen. Vanwege het beperkt aantal keren dat het flash-geheugen kan worden beschreven, is het het waarschijnlijkst dat de schijf en de bestandssystemen op de schijf als alleen-lezen worden aangekoppeld. In deze omgeving zullen bestandssystemen zoals /tmp en /var als geheugenbestandssystemen worden aangekoppeld zodat het systeem logs kan creëren en tellers en tijdelijke bestanden kan bijwerken. Geheugenbestandssystemen zijn een kritiek station naar een succesvolle implementatie van solid state FreeBSD.

De volgende regels dienen in uw kernelinstellingenbestand te staan:

options         MFS             # Geheugenbestandssysteem
options         MD_ROOT         # md-apparaat bruikbaar als een potentieel root-apparaat
pseudo-device   md              # geheugenschijf

De post-boot-initialisatie van een embedded FreeBSD-systeem wordt beheerd door /etc/rc.initdiskless.

/etc/rc.d/var koppelt /var als een geheugenbestandssysteem aan, maakt een instelbare lijst van mappen in /var aan met het commando mkdir(1), en verandert de modus van sommige van deze mappen. Tijdens het uitvoeren van /etc/rc.d/var is er nog een rc.conf-variabele in het spel – varsize. Het bestand /etc/rc.d/var maakt een partitie /var aan gebaseerd op de waarde van deze variabele in rc.conf:

varsize=8192

Onthoud dat deze waarde standaard in sectoren is.

Het feit dat /var een bestandssysteem is dat zowel gelezen als geschreven wordt is een belangrijk verschil, aangezien de partitie / (en alle andere partities die op uw flash-medium kunnen staan) als alleen-lezen aangekoppeld dienen te worden. In Paragraaf 1, “Solid State Disk-apparaten” hebben we de beperkingen van flash-geheugen uiteen gelegd - in bijzonder de beperkte herschrijfcapaciteit. Het belang van het niet als lezen-schrijven aankoppelen van flash-media en het belang van het niet gebruiken van een wisselbestand kunnen niet genoeg benadrukt worden. Een wisselbestand op een druk systeem kan binnen een jaar een flash-medium opmaken. Het uitgebreid loggen of aanmaken en vernietigen van tijdelijke bestanden kan hetzelfde doen. Daarom dient u, naast het verwijderen van de regel swap uit het bestand /etc/fstab, ook de Options van elk bestandssysteem als volgt op ro te zetten:

# Device                Mountpoint      FStype  Options         Dump    Pass#
/dev/ad0s1a             /               ufs     ro              1       1

Op een gemiddeld systeem zullen enkele applicaties het onmiddellijk niet meer doen als gevolg van deze verandering. cron zal niet correct draaien vanwege ontbrekende cron-tabellen in het /var dat door /etc/rc.d/var is aangemaakt, en syslog en DHCP zullen problemen ondervinden als gevolg van het alleen-lezen bestandssysteem en ontbrekende items in het /var dat /etc/rc.d/var heeft aangemaakt. Dit zijn slechts tijdelijke problemen, en worden tezamen met oplossingen voor het uitvoeren van andere veelgebruikte softwarepakketten behandeld in Paragraaf 5, “Systeemstragiën voor kleine en alleen-lezen omgevingen.”.

Een belangrijk ding om te onthouden is dat een bestandssysteem dat met /etc/fstab als alleen-lezen was aangekoppeld ten alle tijden lezen-schrijven kan worden gemaakt door dit commando te geven:

# /sbin/mount -uw partitie

en kan op alleen-lezen worden teruggezet met het commando:

# /sbin/mount -ur partitie

Omdat ATA-compatibele compact-flash-kaarten door FreeBSD als normale IDE harde schijven worden gezien, kunt u theoretisch FreeBSD vanaf het netwerk installeren door de floppies kern en mfsroot of een CD te gebruiken.

Zelfs een kleine installatie van FreeBSD die normale installatieprocedures gebruikt kan echter een systeem produceren met een omvang van meer dan 200 MB. Omdat de meeste mensen kleinere flash-geheugenapparaten zullen gebruiken (128 MB wordt als redelijk groot gezien - 32 of zelfs 16 MB is gebruikelijk) is een installatie dat de normale mechanismen gebruikt niet mogelijk er is simpelweg niet genoeg schijfruimte voor zelfs de kleinste van de conventionele installaties.

De gemakkelijkste manier om over deze beperking heen te komen is om FreeBSD met conventionele middelen naar een normale harde schijf te installeren. Kleedt, nadat de installatie voltooid is, het besturingssysteem uit tot een grootte die op uw flash-medium past, en pak vervolgens het gehele bestandssysteem in. De volgende stappen leiden u door het proces heen van een normaal flash-geheugen voorbereiden op uw ingepakte bestandssysteem. Omdat er geen normale installatie wordt uitgevoerd, moeten bewerkingen zoals partitioneren, labelen, het aanmaken van bestandssystemen, etcetera met de hand uitgevoerd worden. Naast de floppies kern en mfsroot heeft u ook de floppy fixit nodig.

In Paragraaf 3, “Het rc-deelsysteem en alleen-lezen bestandssystemen” werd erop gewezen dat het bestandssysteem /var zoals geconstrueerd door /etc/rc.d/var en de aanwezigheid van een hoofdbestandssysteem dat alleen gelezen kan worden problemen veroorzaakt met veel alledaagse softwarepakketten die door FreeBSD gebruikt worden. In dit artikel zullen suggesties voor het succesvol draaien van cron, syslog, ports-installaties en de webserver Apache worden gegeven.

# touch /var/log/security /var/log/maillog /var/log/cron /var/log/messages
# chmod 0644 /var/log/*

# mkdir /etc/pkg

# ln -s /etc/pkg /var/db/pkg

# chmod 0774 /var/log/apache
# chown nobody:nobody /var/log/apache

# rm -rf apache_log_map
# ln -s /var/log/apache apache_log_map