Raspberry Pi Menjadikan Lebih Berdaya Tahan File Panduan Pengguna Sistem

Peranti Raspberry Pi Ltd kerap digunakan sebagai peranti storan dan pemantauan data, selalunya di tempat yang mungkin berlaku gangguan kuasa secara tiba-tiba. Seperti mana-mana peranti pengkomputeran, kuasa terputus boleh menyebabkan kerosakan storan. Kertas putih ini menyediakan beberapa pilihan tentang cara mencegah rasuah data dalam keadaan ini dan keadaan lain dengan memilih yang sesuai file sistem dan tetapan untuk memastikan integriti data. Kertas putih ini menganggap bahawa Raspberry Pi menjalankan sistem pengendalian (OS) Raspberry Pi (Linux) dan dikemas kini sepenuhnya dengan perisian tegar dan kernel terkini.

Apakah rasuah data dan mengapa ia berlaku?
Rasuah data merujuk kepada perubahan yang tidak diingini dalam data komputer yang berlaku semasa penulisan, pembacaan, penyimpanan, penghantaran atau pemprosesan. Dalam dokumen ini kami hanya merujuk kepada penyimpanan, bukannya penghantaran atau pemprosesan. Rasuah boleh berlaku apabila proses penulisan terganggu sebelum ia selesai, dengan cara yang menghalang penulisan daripada selesai, contohnyaample jika kuasa hilang. Adalah berfaedah pada ketika ini memberikan pengenalan pantas tentang cara OS Linux (dan, lanjutan, Raspberry Pi OS), menulis data ke storan. Linux biasanya menggunakan cache tulis untuk menyimpan data yang akan ditulis ke storan. Cache ini (menyimpan sementara) data dalam memori akses rawak (RAM) sehingga had tertentu yang dipratentukan dicapai, di mana semua penulisan tertunggak ke medium storan dibuat dalam satu transaksi. Had yang dipratentukan ini boleh berkaitan dengan masa dan/atau saiz. Untuk exampOleh itu, data mungkin dicache dan hanya ditulis ke storan setiap lima saat, atau hanya dihapuskan apabila jumlah data tertentu telah terkumpul. Skim ini digunakan untuk meningkatkan prestasi: menulis sebahagian besar data sekali gus adalah lebih pantas daripada menulis banyak sebahagian kecil data.

Walau bagaimanapun, jika kuasa hilang antara data yang disimpan dalam cache dan ia dihapuskan, data tersebut hilang. Isu lain yang mungkin timbul lebih jauh di bawah proses penulisan, semasa penulisan fizikal data ke medium storan. Sekali sekeping perkakasan (contohnyaampOleh itu, antara muka kad Secure Digital (SD) diberitahu untuk menulis data, ia masih mengambil masa yang terhad untuk data tersebut disimpan secara fizikal. Sekali lagi, jika kegagalan kuasa berlaku dalam tempoh yang sangat singkat itu, ada kemungkinan data yang ditulis menjadi rosak. Apabila menutup sistem komputer, termasuk Raspberry Pi, amalan terbaik ialah menggunakan pilihan penutupan. Ini akan memastikan bahawa semua data yang dicache telah dihapuskan, dan perkakasan mempunyai masa untuk benar-benar menulis data ke medium storan. Kad SD yang digunakan oleh majoriti rangkaian peranti Raspberry Pi adalah hebat sebagai penggantian cakera keras yang murah, tetapi terdedah kepada kegagalan dari semasa ke semasa, bergantung pada cara ia digunakan. Memori denyar yang digunakan dalam kad SD mempunyai hayat kitaran tulis yang terhad, dan apabila kad menghampiri had itu, ia boleh menjadi tidak boleh dipercayai. Kebanyakan kad SD menggunakan prosedur yang dipanggil meratakan haus untuk memastikan ia bertahan selama mungkin, tetapi pada akhirnya ia boleh gagal. Ini boleh dari bulan ke tahun, bergantung pada jumlah data yang telah ditulis, atau (lebih penting) dipadamkan daripada, kad. Seumur hidup ini boleh berbeza secara mendadak antara kad. Kegagalan kad SD biasanya ditunjukkan secara rawak file rasuah kerana bahagian kad SD menjadi tidak boleh digunakan.

Terdapat cara lain untuk data menjadi rosak, termasuk, tetapi tidak terhad kepada, medium storan yang rosak, pepijat dalam perisian penulisan storan (pemacu) atau pepijat dalam aplikasi itu sendiri. Untuk tujuan kertas putih ini, sebarang proses yang menyebabkan kehilangan data boleh berlaku ditakrifkan sebagai peristiwa rasuah.

Apakah yang boleh menyebabkan operasi tulis?
Kebanyakan aplikasi melakukan beberapa jenis penulisan ke storan, contohnyaampmaklumat konfigurasi, kemas kini pangkalan data, dan seumpamanya. Sebahagian daripada ini files mungkin sementara, iaitu hanya digunakan semasa program sedang berjalan, dan tidak perlu diselenggara sepanjang kitaran kuasa; walau bagaimanapun, ia masih menghasilkan tulisan ke medium storan. Walaupun aplikasi anda sebenarnya tidak menulis sebarang data, di latar belakang Linux akan sentiasa membuat penulisan ke storan, kebanyakannya menulis maklumat pembalakan.

Penyelesaian perkakasan

Walaupun tidak sepenuhnya dalam bidang kuasa kertas putih ini, perlu dinyatakan bahawa mencegah pemadaman kuasa yang tidak dijangka adalah mitigasi yang biasa digunakan dan difahami dengan baik terhadap kehilangan data. Peranti seperti bekalan kuasa tidak terganggu (UPS) memastikan bahawa bekalan kuasa kekal pepejal dan, jika kuasa hilang kepada UPS, semasa menggunakan kuasa bateri, ia boleh memberitahu sistem komputer bahawa kehilangan kuasa akan berlaku supaya penutupan boleh diteruskan dengan baik sebelum bekalan kuasa sandaran kehabisan. Oleh kerana kad SD mempunyai jangka hayat yang terhad, mungkin berguna untuk mempunyai rejim penggantian yang memastikan kad SD diganti sebelum mereka mempunyai peluang untuk mencapai akhir hayat.

Teguh file sistem

Terdapat pelbagai cara peranti Raspberry Pi boleh dikeraskan daripada peristiwa rasuah. Ini berbeza dalam keupayaan mereka untuk mencegah rasuah, dengan setiap tindakan mengurangkan peluang ia berlaku.

Mengurangkan tulisan
Hanya mengurangkan jumlah penulisan yang dilakukan oleh aplikasi anda dan OS Linux boleh memberi kesan yang bermanfaat. Jika anda melakukan banyak pembalakan, maka peluang penulisan berlaku semasa peristiwa rasuah meningkat. Mengurangkan log masuk dalam aplikasi anda adalah kepada pengguna akhir, tetapi log masuk ke Linux juga boleh dikurangkan. Ini amat relevan jika anda menggunakan storan berasaskan denyar (cth eMMC, kad SD) kerana kitaran hayat tulisnya yang terhad.
Mengubah masa komitmen
Masa komitmen untuk a file sistem ialah jumlah masa yang ia cache data sebelum ia menyalin semuanya ke storan. Meningkatkan masa ini meningkatkan prestasi dengan mengumpulkan banyak penulisan, tetapi boleh menyebabkan kehilangan data jika terdapat peristiwa rasuah sebelum data ditulis. Mengurangkan masa komit akan bermakna kurang peluang kejadian rasuah yang membawa kepada kehilangan data, walaupun ia tidak menghalangnya sepenuhnya.
Untuk menukar masa komit untuk EXT4 utama file sistem pada Raspberry Pi OS, anda perlu mengedit \etc\fstab file yang mentakrifkan bagaimana file sistem dipasang pada permulaan.
$sudo nano /etc/fstab

Tambahkan yang berikut pada entri EXT4 untuk root file sistem:

komited=

Jadi, fstab mungkin kelihatan seperti ini, di mana masa komit telah ditetapkan kepada tiga saat. Masa komit akan lalai kepada lima saat jika tidak ditetapkan secara khusus.

Sementara file sistem

Jika permohonan memerlukan sementara file storan, iaitu data hanya digunakan semasa aplikasi sedang berjalan dan tidak perlu disimpan semasa penutupan, maka pilihan yang baik untuk menghalang penulisan fizikal ke storan adalah menggunakan file sistem, tmpfs. Kerana ini file sistem berasaskan RAM (sebenarnya, dalam ingatan maya), sebarang data yang ditulis kepada tmpfs tidak sekali-kali ditulis ke storan fizikal, dan oleh itu tidak menjejaskan hayat kilat dan tidak boleh rosak akibat peristiwa rasuah.
Mencipta satu atau lebih lokasi tmpfs memerlukan pengeditan /etc/fstab file, yang mengawal semua file sistem di bawah OS Raspberry Pi. Ex berikutample menggantikan lokasi berasaskan storan /tmp dan /var/log dengan sementara file lokasi sistem. Bekas keduaample, yang menggantikan folder pengelogan standard, mengehadkan saiz keseluruhan fail file sistem kepada 16MB.

tmpfs /tmp tmpfs lalai,noatime 0 0
tmpfs /var/log tmpfs lalai,noatime,size=16m 0 0

Terdapat juga skrip pihak ketiga yang membantu menyediakan pengelogan ke RAM, yang boleh didapati di GitHub. Ini mempunyai ciri tambahan untuk membuang log berasaskan RAM ke cakera pada selang masa yang telah ditetapkan.

Akar baca sahaja file sistem

Akarnya file sistem (rootfs) ialah file sistem pada partition cakera di mana direktori akar terletak, dan ia adalah file sistem di mana semua yang lain file sistem dipasang semasa sistem dibut. Pada Raspberry Pi ia adalah /, dan secara lalai ia terletak pada kad SD sebagai partition EXT4 baca/tulis sepenuhnya. Terdapat juga folder but, yang dipasang sebagai /boot dan merupakan partition FAT baca/tulis. Membuat rootfs membaca SAHAJA menghalang sebarang jenis akses tulis kepadanya, menjadikannya lebih mantap kepada peristiwa rasuah. Walau bagaimanapun, melainkan tindakan lain diambil, ini bermakna tiada apa yang boleh menulis kepada file sistem sama sekali, jadi menyimpan data dalam apa jua bentuk dari aplikasi anda ke rootfs dilumpuhkan. Jika anda perlu menyimpan data daripada aplikasi anda tetapi mahu rootfs baca sahaja, teknik biasa ialah menambah kayu memori USB atau yang serupa yang hanya untuk menyimpan data pengguna.

NOTA
Jika anda menggunakan swap file apabila menggunakan baca sahaja file sistem, anda perlu mengalihkan swap file kepada partition baca/tulis.

Tindanan file sistem

Satu tindanan file sistem (tindihan) menggabungkan dua file sistem, atas file sistem dan lebih rendah file sistem. Apabila nama wujud dalam kedua-duanya file sistem, objek di bahagian atas file sistem kelihatan manakala objek di bahagian bawah file sistem sama ada tersembunyi atau, dalam kes direktori, digabungkan dengan objek atas. Raspberry Pi menyediakan pilihan dalam raspi-config untuk mendayakan tindanan. Ini menjadikan rootfs (rendah) dibaca sahaja, dan mencipta bahagian atas berasaskan RAM file sistem. Ini memberikan hasil yang hampir serupa dengan baca sahaja file sistem, dengan semua perubahan pengguna hilang semasa but semula. Anda boleh mendayakan tindanan menggunakan sama ada baris arahan raspi-config atau menggunakan aplikasi Konfigurasi Raspberry Pi desktop pada menu Keutamaan.

Terdapat juga pelaksanaan tindanan lain yang boleh menyegerakkan perubahan yang diperlukan dari atas ke bawah file sistem mengikut jadual yang telah ditetapkan. Untuk exampOleh itu, anda mungkin menyalin kandungan folder rumah pengguna dari atas ke bawah setiap dua belas jam. Ini mengehadkan proses penulisan kepada ruang masa yang sangat singkat, bermakna rasuah adalah lebih kecil kemungkinannya, tetapi bermakna jika kuasa hilang sebelum penyegerakan, sebarang data yang dijana sejak yang terakhir akan hilang. pSLC pada modul Pengiraan Memori eMMC yang digunakan pada peranti Modul Pengiraan Raspberry Pi ialah MLC (Sel Berbilang Tahap), di mana setiap sel memori mewakili 2 bit. pSLC, atau pseudo-Single Level Cell, ialah sejenis teknologi memori kilat NAND yang boleh didayakan dalam peranti storan MLC yang serasi, di mana setiap sel hanya mewakili 1 bit. Ia direka bentuk untuk memberikan keseimbangan antara prestasi dan ketahanan denyar SLC dan keberkesanan kos serta kapasiti denyar MLC yang lebih tinggi. pSLC mempunyai ketahanan tulis yang lebih tinggi daripada MLC kerana menulis data ke sel kurang kerap mengurangkan haus. Walaupun MLC mungkin menawarkan sekitar 3,000 hingga 10,000 kitaran tulis, pSLC boleh mencapai angka yang jauh lebih tinggi, menghampiri tahap ketahanan SLC. Peningkatan daya tahan ini diterjemahkan kepada jangka hayat yang lebih lama untuk peranti yang menggunakan teknologi pSLC berbanding dengan yang menggunakan MLC standard.

MLC adalah lebih kos efektif daripada memori SLC, tetapi sementara pSLC menawarkan prestasi dan ketahanan yang lebih baik daripada MLC tulen, ia melakukannya dengan mengorbankan kapasiti. Peranti MLC yang dikonfigurasikan untuk pSLC akan mempunyai separuh kapasiti (atau kurang) yang akan ada sebagai peranti MLC standard kerana setiap sel hanya menyimpan satu bit dan bukannya dua atau lebih.

Butiran pelaksanaan

pSLC dilaksanakan pada eMMC sebagai Kawasan Pengguna Dipertingkat (juga dikenali sebagai storan Dipertingkat). Pelaksanaan sebenar Kawasan Pengguna Dipertingkat tidak ditakrifkan dalam piawaian MMC tetapi biasanya pSLC.

Kawasan Pengguna yang Dipertingkatkan ialah konsep, manakala pSLC ialah pelaksanaan.
pSLC ialah satu cara untuk melaksanakan Kawasan Pengguna Dipertingkat.
Pada masa penulisan, eMMC yang digunakan pada Modul Pengiraan Raspberry Pi melaksanakan Kawasan Pengguna Dipertingkat menggunakan pSLC.
Tidak perlu mengkonfigurasi seluruh kawasan pengguna eMMC sebagai Kawasan Pengguna Dipertingkat.
Memprogram kawasan memori untuk menjadi Kawasan Pengguna Dipertingkat ialah operasi sekali sahaja. Ini bermakna ia tidak boleh dibuat asal.

Menghidupkannya
Linux menyediakan satu set arahan untuk memanipulasi partition eMMC dalam pakej mmc-utils. Pasang OS Linux standard pada peranti CM, dan pasang alatan seperti berikut:

sudo apt install mmc-utils

Untuk mendapatkan maklumat tentang eMMC (perintah ini menjadi kurang kerana terdapat banyak maklumat untuk dipaparkan):

sudo mmc extcsd baca /dev/mmcblk0 | kurang

AMARAN
Operasi berikut adalah sekali – anda boleh menjalankannya sekali dan ia tidak boleh dibuat asal. Anda juga harus menjalankannya sebelum Modul Pengiraan digunakan, kerana ia akan memadamkan semua data. Kapasiti eMMC akan dikurangkan kepada separuh daripada nilai sebelumnya.

Perintah yang digunakan untuk menghidupkan pSLC ialah mmc enh_area_set, yang memerlukan beberapa parameter yang memberitahunya tentang berapa banyak kawasan memori pSLC perlu didayakan. Ex berikutample menggunakan seluruh kawasan. Sila rujuk bantuan arahan mmc (man mmc) untuk butiran tentang cara menggunakan subset eMMC.

Selepas peranti but semula, anda AKAN perlu memasang semula sistem pengendalian, kerana mendayakan pSLC akan memadamkan kandungan eMMC.

Perisian Raspberry Pi CM Provisioner mempunyai pilihan untuk menetapkan pSLC semasa proses penyediaan. Ini boleh didapati di GitHub di https://github.com/raspberrypi/cmprovision.

Luar peranti file sistem / but rangkaian
Raspberry Pi boleh but melalui sambungan rangkaian, contohnyaample menggunakan Rangkaian File Sistem (NFS). Ini bermakna bahawa sebaik sahaja peranti telah melengkapkan yang pertamatage boot, bukannya memuatkan kernel dan rootnya file sistem daripada kad SD, ia dimuatkan daripada pelayan rangkaian. Sekali berlari, semua file operasi bertindak pada pelayan dan bukan kad SD tempatan, yang tidak mengambil peranan lagi dalam prosiding.
Penyelesaian awan
Pada masa kini, banyak tugas pejabat berlaku dalam penyemak imbas, dengan semua data disimpan dalam talian di awan. Mengekalkan storan data daripada kad SD jelas boleh meningkatkan kebolehpercayaan, dengan mengorbankan memerlukan sambungan sentiasa hidup ke Internet, serta kemungkinan caj daripada pembekal awan. Pengguna boleh sama ada menggunakan pemasangan OS Raspberry Pi sepenuhnya, dengan penyemak imbas yang dioptimumkan Raspberry Pi, untuk mengakses mana-mana perkhidmatan awan daripada pembekal seperti Google, Microsoft, Amazon, dll. Alternatifnya ialah salah satu pembekal thin-client, yang menggantikan OS Raspberry Pi dengan OS/aplikasi yang dijalankan daripada sumber yang disimpan pada pelayan pusat dan bukannya kad SD. Thin client berfungsi dengan menyambung dari jauh ke persekitaran pengkomputeran berasaskan pelayan di mana kebanyakan aplikasi, data sensitif dan memori disimpan.

Kesimpulan

Apabila prosedur penutupan yang betul diikuti, storan kad SD Raspberry Pi sangat boleh dipercayai. Ini berfungsi dengan baik dalam persekitaran rumah atau pejabat di mana penutupan boleh dikawal, tetapi apabila menggunakan peranti Raspberry Pi dalam kes penggunaan industri, atau di kawasan yang mempunyai bekalan kuasa yang tidak boleh dipercayai, langkah berjaga-jaga tambahan boleh meningkatkan kebolehpercayaan.

Ringkasnya, pilihan untuk meningkatkan kebolehpercayaan boleh disenaraikan seperti berikut:

Gunakan kad SD yang terkenal dan boleh dipercayai.
Kurangkan penulisan menggunakan masa komit yang lebih lama, menggunakan sementara file sistem, menggunakan tindanan, atau yang serupa.
Gunakan storan luar peranti seperti but rangkaian atau storan awan.
Laksanakan rejim untuk menggantikan kad SD sebelum ia mencapai akhir hayat.
Gunakan UPS.

Raspberry Pi ialah tanda dagangan Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Kolofon
© 2020-2023 Raspberry Pi Ltd (dahulunya Raspberry Pi (Trading) Ltd.)
Dokumentasi ini dilesenkan di bawah Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND).

tarikh binaan: 2024-06-25
build-version: githash: 3e4dad9-clean

Notis penafian undang-undang
DATA TEKNIKAL DAN KEBOLEHPERCAYAAN UNTUK PRODUK RASPBERRY PI (TERMASUK LEMBARAN DATA) SEPERTI YANG DIUBAHSUAI DARI SEMASA KE SEMASA (“SUMBER”) DISEDIAKAN OLEH RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “SEBAGAIMANA ADANYA” DAN MANA-MANA WARANTI NYATA ATAU TERSIRAT, TIDAK TERMASUK, KEPADA, WARANTI TERSIRAT KEBOLEHPERDAGANGAN DAN KESESUAIAN UNTUK TUJUAN TERTENTU ADALAH DITOLAK. SEJAUH MAKSIMUM YANG DIBENARKAN OLEH UNDANG-UNDANG YANG BERKENAAN DALAM APA PUN RPL TIDAK AKAN BERTANGGUNGJAWAB ATAS SEBARANG KEROSAKAN LANGSUNG, TIDAK LANGSUNG, SAMPINGAN, KHAS, TEladan ATAU AKIBAT (TERMASUK, TETAPI TIDAK TERHAD KEPADA, PEROLEHAN PEROLEHAN PERKHIDMATAN PENGGANTIAN, DIRI PENGGANTIAN; , ATAU KEUNTUNGAN; ATAU GANGGUAN PERNIAGAAN) WALAUPUN AGAMA AGAMA ADANYA DAN ATAS MANA-MANA TEORI LIABILITI, SAMA ADA DALAM KONTRAK, LIABILITI KETAT ATAU TORT (TERMASUK KECUAIAN ATAU LAIN-LAIN) YANG TIMBUL DALAM MANA-MANA CARA KELUAR DARIPADA PENGGUNAAN SUMBER YANG DIPERCAYAKAN, KEROSAKAN TERSEBUT.

RPL berhak untuk membuat sebarang penambahbaikan, penambahbaikan, pembetulan atau sebarang pengubahsuaian lain pada SUMBER atau mana-mana produk yang diterangkan di dalamnya pada bila-bila masa dan tanpa notis lanjut. RESOURCES bertujuan untuk pengguna mahir dengan tahap pengetahuan reka bentuk yang sesuai. Pengguna bertanggungjawab sepenuhnya untuk pemilihan dan penggunaan SUMBER dan sebarang aplikasi produk yang diterangkan di dalamnya. Pengguna bersetuju untuk menanggung rugi dan memastikan RPL tidak berbahaya terhadap semua liabiliti, kos, kerosakan atau kerugian lain yang timbul daripada penggunaan SUMBER. RPL memberikan pengguna kebenaran untuk menggunakan RESOURCES semata-mata bersama dengan produk Raspberry Pi. Semua penggunaan lain SUMBER adalah dilarang. Tiada lesen diberikan kepada mana-mana RPL lain atau hak harta intelek pihak ketiga yang lain.

AKTIVITI BERISIKO TINGGI. Produk Raspberry Pi tidak direka bentuk, dikilangkan atau dimaksudkan untuk digunakan dalam persekitaran berbahaya yang memerlukan prestasi selamat yang gagal, seperti dalam pengendalian kemudahan nuklear, navigasi pesawat atau sistem komunikasi, kawalan trafik udara, sistem senjata atau aplikasi kritikal keselamatan (termasuk sistem sokongan hayat dan peranti perubatan lain), di mana kegagalan produk boleh membawa kepada kematian, kecederaan peribadi atau kerosakan fizikal atau alam sekitar yang teruk ("Aktiviti Berisiko Tinggi"). RPL secara khusus menafikan sebarang waranti tersurat atau tersirat kesesuaian untuk Aktiviti Berisiko Tinggi dan tidak menerima liabiliti untuk penggunaan atau kemasukan produk Raspberry Pi dalam Aktiviti Berisiko Tinggi. Produk Raspberry Pi disediakan tertakluk kepada Syarat Standard RPL. Peruntukan RPL bagi RESOURCES tidak mengembangkan atau mengubah suai Terma Standard RPL termasuk tetapi tidak terhad kepada penafian dan waranti yang dinyatakan di dalamnya.

Soalan Lazim

S: Apakah produk Raspberry Pi yang disokong oleh dokumen ini?
J: Dokumen ini digunakan untuk pelbagai produk Raspberry Pi termasuk Pi 0 W, Pi 1 A/B, Pi 2 A/B, Pi 3, Pi 4, Pi 400, CM1, CM3, CM4, CM5 dan Pico.
S: Bagaimanakah saya boleh mengurangkan kemungkinan kerosakan data pada peranti Raspberry Pi saya?
J: Anda boleh mengurangkan rasuah data dengan meminimumkan operasi tulis, terutamanya aktiviti pembalakan, dan melaraskan masa komit untuk file sistem seperti yang diterangkan dalam dokumen ini.

Dokumen / Sumber

Raspberry Pi Menjadikan Lebih Berdaya Tahan File Sistem [pdf] Panduan Pengguna
Pi 0, Pi 1, Menjadikan Lebih Berdaya Tahan File Sistem, Lebih Berdaya Tahan File Sistem, Berdaya tahan File Sistem, File Sistem

Rujukan

Manual Pengguna

Raspberry Pi Menjadikan Lebih Berdaya Tahan File Sistem

Skop dokumen