1. Твердотельные дисковые устройства

Эта статья будет ограничиваться рассмотрением твердотельных дисковых устройств, которые делаются на основе флэш-памяти. Флэш-память является твердотельным (здесь нет движущихся частей) запоминающим устройством, которое является энергонезависимым (данные остаются в памяти даже после отключения всех источников питания). Флэш-память может быть нечувствительной к сильным физическим воздействиям и достаточно быстра (решения на основе флэш-памяти, описываемые в этой статье, гораздо медленнее, чем диски EIDE для операций записи, и гораздо быстрее их в случае выполнения операций чтения). Одним из очень важных свойств флэш-памяти, различные варианты которого будут рассмотрены далее в этой статье, является то, что каждый сектор имеет ограниченные возможности по перезаписыванию. Вы можете только записывать, стирать и снова записывать на сектор флэш-памяти определенное количество раз до того, как сектор станет полностью неработоспособным. Хотя многие продукты на основе флэш-памяти автоматически перенаправляют испорченные блоки, а некоторые даже распределяют операции записи по всему модулю, фактом является наличие ограничения на количество операций записи, которые могут выполняться с устройством. Современные модули имеют характеристики от 1,000,000 до 10,000,000 циклов записи на сектор. Эти характеристики могут зависеть от температуры рабочей среды.

В частности, мы обсудим компактные модули флэш-памяти, совместимые со стандартом ATA и модули флэш-памяти DiskOnChip® компании M-Systems. Совместимые с ATA компактные флэш-карты весьма популярны в качестве носителя данных для цифровых камер. Особый интерес представляет тот факт, что они соответствуют шине IDE по контактам и совместимы с набором команд ATA. Таким образом, при помощи очень простого и дешевого адаптера такие устройства могут подключаться непосредственно к шине IDE компьютера. Если поступить таки образом, то такие операционные системы, как FreeBSD, распознают диск как обычный винчестер (весьма маленький). Продукт M-Systems DiskOnChip основан на той же самой технологии флэш-памяти, как и совместимые с ATA компактные флэш-карты, но отличаются форм-фактором DIP и не совместимы с ATA. Для использования такого устройства, вы не только должны установить его на материнскую плату с разъемом DiskOnChip, но также встроить драйвер `fla` во все ядра FreeBSD, с которыми хотите его использовать. Более того, в загрузочном секторе этого устройства находится критичные данные, так что бы не должны устанавливать загрузчик FreeBSD (и вообще какой-либо другой загрузчик) при его использовании.

Существуют и другие решения для твердотельных дисков, но их стоимость, безвестность и сравнительная сложность использования выводят их за рамки этой статьи.

2. Параметры ядра

Для тех. кто создает встраиваемую систему FreeBSD, интерес представляют несколько параметров ядра.

Во-первых, все встраиваемые системы FreeBSD, которые используют флэш-память в качестве системного диска, заинтересованы в использовании дисков в памяти и файловых систем в памяти. Из-за ограниченного количества циклов записи, которые можно выполнить с флэш-памятью, диск и файловые системы на нем будут, скорее всего, монтироваться в режиме доступа только для чтения. В таком случае файловые системы типа /tmp и /var монтируются как файловые системы в памяти для того, чтобы позволить системе создать журналы и обновить счетчики и временные файлы. Файловые системы в памяти являются критическим компонентом успешной работы FreeBSD на твердотельных устройствах.

Вы должны удостовериться, что в конфигурационном файле вашего ядра присутствуют следующие строки:

options         MFS             # Memory Filesystem
options         MD_ROOT         # md device usable as a potential root device
pseudo-device   md              # memory disk
   

Во-вторых, если вы будете использовать продукт M-Systems DiskOnChip, вы должны также включить такую строку:

device          fla0    at isa?

3. rc.diskless файловые системы в режиме только чтения

Инициализация встраиваемой системы FreeBSD после загрузки управляется /etc/rc.diskless2 (/etc/rc.diskless1 для бездисковой загрузки посредством BOOTP). Этот начальный скрипт вызывается, если поместить в файл /etc/rc.conf такую строку:

diskless_mount=/etc/rc.diskless2

rc.diskless2 монтирует /var как файловую систему в памяти, создает указываемый список каталогов в /var при помощи команды mkdir(1), изменяет режимы доступа на некоторые из этих каталогов и помещает целый набор файлов устройств копированием на доступный для записи (опять же, это файловая система в памяти) раздел /dev. В процессе выполнения /etc/rc.diskless2, задействуется еще одна переменная rc.conf - varsize. Скрипт /etc/rc.diskless2 создает раздел /var на основе значения этой переменной из rc.conf:

varsize=8192

Запомните, что это значение указано в секторах. Создание раздела /dev при помощи /etc/rc.diskless2, однако, ограничено предопределенным значением в 4096 секторов. Легко изменить это значение непосредственно в файле /etc/rc.diskless2, хотя для каталога /dev вряд ли вам понадобится больше дискового пространства.

Важно помнить, что скрипт /etc/rc.diskless2 предполагает, что вы уже удалили ваш обычный раздел /tmp и заменили его символической ссылкой на /var/tmp. Так как tmp является одним из каталогов, создаваемых в /var скриптом /etc/rc.diskless2 и /var является файловой системой в памяти (которая монтируется с правами чтения и записи), то /tmp будет каталогом, также доступным для чтения и записи.

Тот факт, что /var и /dev являются файловыми системами, доступными для чтения и записи, является важным признаком, так как раздел / (и любые другие разделы, которые могут находиться на флэш-носителе) должен монтироваться в режиме только для чтения. Вспомните, что Разд. 1 мы касались ограничений флэш-памяти - особенно ограничений, касающихся возможностей записи. Важно не монтировать файловые системы на флэш-носителях в режимах чтения и записи, и важность отказа от файла подкачки не может быть переоценена. Файл подкачки на загруженной системе может пережечь кусок флэш-носителя менее чем за год. Частое журналирование и создание временных файлов приводят к тому же результату. Поэтому, кроме удаления записей swap и /proc из вашего файла /etc/fstab, вы должны также изменить поле параметров каждой файловой системы на ro таким образом:

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

В результате этих изменений в среднестатистической системе несколько приложений немедленно перестанут работать. Например, порты не будут устанавливаться из дерева портов из-за отсутствия файла /var/db/port.mkversion, cron не будет нормально запускаться в результате отсутствия таблиц для него в каталоге /var, созданном /etc/rc.diskless2, а syslog и dhcp будут испытывать проблемы из-за доступа файловой системы только для чтения, а также отсутствия записей в /var, который был создан скриптом /etc/rc.diskless2. Хотя эти проблемы являются временными и обсуждаются вместе с решением проблем с запуском распространенных программных пакетов, в Разд. 6.

Важно помнить, что файловая система, которая была смонтирована только для чтения при помощи файла /etc/fstab, в любой момент может быть сделана доступной по чтению и записи выдачей команды:

# /sbin/mount -uw partition
   

и может быть возвращена к режиму доступа только для чтения по такой команде:

# /sbin/mount -ur partition
   

4. Создание файловой системы с нуля

Так как совместимые с ATA компактные флэш-карты распознаются во FreeBSD как обычные жесткие диски IDE, как это происходит с продуктом M-Systems DiskOnChip (когда вы запускаете ядро с встроенным драйвером fla), то теоретически вы можете установить FreeBSD по сети при помощи дискет kern и mfsroot или с компакт-диска. Кроме того, что вам не нужно записывать какой бы то ни было начальный загрузчик на устройство M-Systems, никаких дополнительных инструкций не требуется.

Однако даже маленькая установка FreeBSD при помощи обычных процедур установки может привести к созданию системы размером, превышающим 200 мегабайт. Так как большинство людей используют устройства флэш-памяти меньшего размера (128 мегабайт считается весьма большим - 32 или даже 16 мегабайт используются гораздо чаще), то установка обычным образом не подходит--просто на диске нет места даже для самой минимальной установки.

Самым простым способом обойти это ограничение на объем является установка FreeBSD обычным образом на обычный жесткий диск. После окончания установки, обрежьте операционную систему до размера, который помещается на ваш флэш-носитель, а затем полностью заархивируйте файловую систему. Следующие шаги поведут вас через процесс подготовки части флэш-памяти для вашей заархивированной файловой системы. Запомните, что из-за того, что обычная установка не выполнялась, такие операции, как разбиение на разделы, разметка, создание файловой системы и так далее должны быть выполнены вручную. Кроме дискет kern и mfsroot вам также нужно воспользоваться дискетой fixit. Если вы используете M-Systems DiskOnChip, то ядро с дискеты kern должно иметь вкомпилированный параметр fla, описываемый в Разд. 2. Пожалуйста, обратитесь к Разд. 5 для получения указаний по созданию нового ядра для kern.flp.

5. Построение установочной дискеты kern.flp с драйвером fla

Возможно, что на загрузочная дискете kern.flp нет ядра со встроенным драйвером fla, который необходим для работы системы с DiskOnChip. Если вы загрузились с установочных дискет и оказалось, что диски не были обнаружены, то, вероятно, в вашем ядре отсутствует драйвер fla.

После построения вами ядра с поддержкой fla, которое имеет объем, меньший, чем 1.4 мегабайт, вы можете создать собственный образ дискеты kern.flp с этим ядром с помощью следующей последовательности действий:

Теперь в вашем файле kern.flp находится новое ядро.

6. Стратегии работы с системой для случаев небольших и доступных только для чтения файловых систем

В Разд. 3 было указано, что файловая система /var, создаваемая скриптом /etc/rc.diskless2 и наличие корневой файловой системы, доступной только для чтения, приводят к проблемам при работе многих распространенных программных пакетов, используемых во FreeBSD. В этой статье будут даны рекомендации по настройке нормальной работы cron и syslog, установке портов и веб-сервера Apache.

# 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
     

# touch /var/db/port.mkversion
# chmod 0644 /var/db/port.mkversion
# echo 20010412 >> /var/db/port.mkversion
     

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

# rm -rf (apache_install)/logs
# ln -s /var/log/apache (apache_install)/logs