Mantıksal Birim Yönetimi

Önceki dersin bütün ölçümleri bir bölümün sınırlarının sabit olduğunu varsaydı: aygıta çizilmiş bir aralık ve içine kurulmuş bir dosya sistemi. Bu varsayım altında dolan bir bölüm için yapılabilecek tek şey silmekti; komşu bölümdeki boş yer erişilemez kalıyordu.

Bu ders o sabitliği kaldıran katmanı ölçer. Katman, bölümleri bir havuza toplar ve havuzdan istenen boyutta parçalar keser; kesilen parça çalışırken büyütülebilir ve bir anının kopyası tutulabilir. Kazanç gerçektir ve iki yeni yanlış tanı kaynağı getirir: zincirin hangi halkasının büyüdüğü ve bir anın kopyasının ne kadar dayanacağı.

Üç Katman ve Aralarındaki Birim

Katman üç nesneden oluşur. Fiziksel birim (physical volume), havuza katılmış bir blok aygıtı ya da bölümdür. Birim havuzu (volume group), bir ya da daha çok fiziksel birimin tek bir alan olarak sunulmasıdır. Mantıksal birim (logical volume), havuzdan kesilmiş ve üzerine dosya sistemi kurulabilen parçadır.

Kesme işlemi bayt bayt değil, sabit boyutlu ayırma birimleriyle (extent) yapılır. Havuz oluşturulurken bir ayırma biriminin boyu belirlenir; her mantıksal birim tam sayıda ayırma birimi tutar ve büyütme de bu birimlerin katlarıyla olur. Bunun iki sonucu vardır: istenen boyut yukarı yuvarlanır ve bir mantıksal birim, havuzdaki fiziksel birimlerin birden çoğuna yayılabilir.

Yayılma katmanın hem gücü hem sessiz riskidir. Bir mantıksal birim iki fiziksel birime yayılmışsa, ikisinden birinin arızalanması birimin tamamını kullanılamaz kılar; havuza aygıt eklemek dayanıklılığı artırmaz, yalnız kapasiteyi artırır. Katmanın kendisi bir yedeklilik düzeni değildir ve öyle olduğu varsayıldığında tanı en pahalı biçimde yanılır.

Üç katman üç araçla okunur: pvs fiziksel birimleri, vgs havuzları, lvs mantıksal birimleri listeler. Aşağıdaki döküm lvs çıktısının biçimini gösteren bir örnek dökümdür; çalıştırılmamıştır ve bu derste hiçbir sayı iddiası buradan gelmez.

LV        VG      Attr       LSize   Pool Origin Data%  Meta%
veri      havuz-1 -wi-ao----  32.00g
veri-anlik havuz-1 swi-a-s---  2.00g       veri   41.30
gunluk    havuz-1 -wi-ao----   8.00g

İkinci satırdaki Origin ve Data% sütunları bu dersin ikinci ölçümünün konusudur: bir anlık görüntünün kaynağı ve doluluğu.

Büyütme İki Adımdır

Bir mantıksal birimi büyütmek dosya sistemini büyütmez. Katman birime yeni ayırma birimleri ekler; dosya sistemi ise kendi defterlerini eski sınıra göre tutmaya devam eder ve yeni alanı görmez. İki adım ayrıdır, sıraları bağlayıcıdır ve aralarındaki boşlukta araçlar farklı sayılar söyler.

• DP26 — Zincir yedi aşamadan geçer: başlangıç, havuza fiziksel birim eklenmesi, mantıksal birimin büyütülmesi, dosya sisteminin büyütülmesi, yazmanın sürmesi, anlık görüntünün ayrılması ve anlık görüntünün düşmesi.
• DP27 — Bütün sayılar bloktur; ayırma birimi bu ölçümde blok katıdır ve yuvarlama sayılmaz.
• DP28 — Sorulan tanı tektir: şu anda kaç blok daha yazılabilir. Kâhin, dosya sisteminin kapasitesinden kullanılanın düşülmesidir.

"""Buyutme iki adimdir; her arac zincirin farkli bir halkasini gosterir."""
ASAMA = (
    ("0 baslangic",              0, 4096, 4096, 3800),
    ("1 fiziksel birim eklendi", 8192, 4096, 4096, 3800),
    ("2 mantiksal birim buyudu", 4096, 8192, 4096, 3800),
    ("3 dosya sistemi buyudu",   4096, 8192, 8192, 3800),
    ("4 yazma surdu",            4096, 8192, 8192, 6000),
    ("5 anlik goruntu ayrildi",  3584, 8192, 8192, 6000),
    ("6 anlik goruntu dustu",    4096, 8192, 8192, 6000),
)


def okumalar(a):
    """Soru: su anda kac blok daha yazilabilir."""
    _, vg_bos, lv, fs, kullanilan = a
    return {"kahin": fs - kullanilan,
            "vgs": vg_bos + lv - kullanilan,     # havuzdaki bos yer yazilabilir sanilir
            "lvs": lv - kullanilan,              # birim boyutu yazilabilir sanilir
            "df": fs - kullanilan}


print("asama                      vg bos    lv    fs  kullanilan  kahin"
      "    vgs    lvs     df")
for a in ASAMA:
    o = okumalar(a)
    print(f"{a[0]:24s} {a[1]:7d} {a[2]:5d} {a[3]:5d} {a[4]:11d}"
          f" {o['kahin']:6d} {o['vgs']:6d} {o['lvs']:6d} {o['df']:6d}")
print()
print("arac  dogru okuma  yanlis okuma")
toplam = 0
for arac in ("vgs", "lvs", "df"):
    y = sum(okumalar(a)[arac] != okumalar(a)["kahin"] for a in ASAMA)
    toplam += y
    print(f"  {arac:3s} {len(ASAMA) - y:11d}  {y:12d}")
print("yanlis tani:", toplam, "/", len(ASAMA) * 3)

asama                      vg bos    lv    fs  kullanilan  kahin    vgs    lvs     df
0 baslangic                    0  4096  4096        3800    296    296    296    296
1 fiziksel birim eklendi    8192  4096  4096        3800    296   8488    296    296
2 mantiksal birim buyudu    4096  8192  4096        3800    296   8488   4392    296
3 dosya sistemi buyudu      4096  8192  8192        3800   4392   8488   4392   4392
4 yazma surdu               4096  8192  8192        6000   2192   6288   2192   2192
5 anlik goruntu ayrildi     3584  8192  8192        6000   2192   5776   2192   2192
6 anlik goruntu dustu       4096  8192  8192        6000   2192   6288   2192   2192

arac  dogru okuma  yanlis okuma
  vgs           1             6
  lvs           6             1
  df            7             0
yanlis tani: 7 / 21

Üç sayı yan yana. Kâhin: ikinci aşamada yazılabilir alan 296 bloktur — mantıksal birim ikiye katlanmış olmasına rağmen. Araç çıktısı: aynı aşamada lvs 4392, vgs 8488 blok gösteriyor. Yanlış tanı: yirmi bir okumanın yedisi yanlış.

Tablo, katmanın getirdiği asıl güçlüğü gösteriyor: aynı soruya üç ayrı katman cevap veriyor ve yalnız en üstteki doğru. Havuzun boş yeri hiçbir zaman doğrudan yazılabilir alan değildir; mantıksal birimin boyutu, dosya sistemi büyütülmediği sürece yazılabilir alan değildir. İkinci aşamada duran bir işlem — büyütme komutu verilmiş, dosya sistemi büyütülmemiş — sistemi “yer açıldı” sanılan ama açılmamış bir durumda bırakır ve dolan disk arızası büyütme yapıldıktan sonra ortaya çıkar.

Sıralamanın kendisi de bağlayıcıdır. Büyütmede önce mantıksal birim, sonra dosya sistemi büyütülür; küçültmede sıra terstir ve tersine çevrilmediğinde dosya sistemi kendi sınırının dışında kalan bloklara işaret etmeye devam eder. Bu iki cümle arasındaki fark, geri dönülemeyen bir veri kaybıdır.

Anlık Görüntü Nasıl Dolar

Anlık görüntü (snapshot), bir mantıksal birimin belirli bir andaki hâlini okunabilir tutan ikinci bir birimdir. Kopyalama işlemin başında yapılmaz; kaynaktaki bir blok ilk kez üzerine yazıldığında eski hâli anlık görüntünün alanına taşınır. Bu yüzden anlık görüntünün tükettiği yer, kaynağın boyutuyla değil, kaynakta değişen blok sayısıyla orantılıdır.

Ayrılan alan bittiğinde anlık görüntü geçersizleşir ve düşer. Kaynak birim etkilenmez ve çalışmaya devam eder; kaybolan şey, o anlık görüntüden alınmakta olan yedeğin geçerliliğidir.

• DP29 — Kaynak mantıksal birim 4096 blok, anlık görüntüye ayrılan alan 512 bloktur. Olağan yük her saniye sıcak kümedeki 256 bloktan ikisini yeniler.
• DP30 — 400. ve 430. saniyeler arasında yedek görevi geniş bir tarama yapar ve her saniye 20 bloğa dokunur; dokunulan bloklar birimin tamamından çekilir.
• DP31 — İzleme aracı doluluğu aralik saniyede bir okur; eşiği aşan ilk okuma uyarıdır. Uyarı dolma anından sonra geliyorsa ya da hiç gelmiyorsa tanı yanlış sayılır.

"""Anlik goruntu yazarken kopyalar; ayrilan yer dolunca gecersizlesir."""
TOHUM = 20260218
DONEM = 600
BIRIM_BLOK = 4096        # kaynak mantiksal birimin blok sayisi
AYRILAN = 512            # anlik goruntuye ayrilan blok
SICAK = 256              # olagan yukun dokundugu blok kumesi
PATLAMA = (400, 430)     # yedek gorevinin genis tarama yaptigi aralik


def uretec(tohum):
    d = tohum

    def sonraki(n):
        nonlocal d
        d = (d * 1103515245 + 12345) % 2147483648
        return d % n
    return sonraki


def kopyalanan(tohum=TOHUM):
    """Kahin: her saniye sonunda anlik goruntunun tuttugu blok sayisi."""
    r = uretec(tohum)
    goruldu, egri = set(), []
    for t in range(DONEM):
        if PATLAMA[0] <= t < PATLAMA[1]:
            for _ in range(20):
                goruldu.add(r(BIRIM_BLOK))
        else:
            for _ in range(2):
                goruldu.add(r(SICAK))
        egri.append(min(len(goruldu), AYRILAN))
    return egri


def dolma_ani(egri):
    for t, v in enumerate(egri):
        if v >= AYRILAN:
            return t
    return None


def tani(egri, aralik, esik):
    """Arac `aralik` saniyede bir bakar; esigi asan okuma uyari sayilir."""
    dolar = dolma_ani(egri)
    bakislar = [t for t in range(0, DONEM, aralik) if t < dolar]
    uyari = next((t for t in range(0, DONEM, aralik)
                  if egri[t] / AYRILAN >= esik), None)
    zamaninda = uyari is not None and uyari < dolar
    return {"son_okuma": egri[bakislar[-1]] if bakislar else 0,
            "uyari": uyari, "yanlis": not zamaninda}


E = kopyalanan()
D = dolma_ani(E)
print("kahin: anlik goruntu", D, "saniyede doluyor |", AYRILAN, "blok ayrildi")
print("egri:", [(t, E[t]) for t in (0, 60, 180, 300, 360, 400, 410, 420)])
print()
print("aralik  esik  dolmadan onceki son okuma  ilk uyari  yanlis tani")
yanlis = 0
for aralik in (10, 30, 60, 120, 300):
    for esik in (0.70, 0.90):
        s = tani(E, aralik, esik)
        yanlis += s["yanlis"]
        print(f"{aralik:6d}  {esik:.2f}  {s['son_okuma']:25d}"
              f"  {str(s['uyari']):>9s}  {str(s['yanlis']):>11s}")
print("yanlis tani:", yanlis, "/ 10")
print()
for tohum in (TOHUM, 20260219):
    e2 = kopyalanan(tohum)
    y = sum(tani(e2, a, s)["yanlis"] for a in (10, 30, 60, 120, 300)
            for s in (0.70, 0.90))
    print(f"tohum {tohum}: dolma ani {dolma_ani(e2)}  t=360 okumasi {e2[360]}"
          f"  yanlis tani {y} / 10")

kahin: anlik goruntu 413 saniyede doluyor | 512 blok ayrildi
egri: [(0, 2), (60, 122), (180, 256), (300, 256), (360, 256), (400, 276), (410, 466), (420, 512)]

aralik  esik  dolmadan onceki son okuma  ilk uyari  yanlis tani
    10  0.70                        466        410        False
    10  0.90                        466        410        False
    30  0.70                        256        420         True
    30  0.90                        256        420         True
    60  0.70                        256        420         True
    60  0.90                        256        420         True
   120  0.70                        256        480         True
   120  0.90                        256        480         True
   300  0.70                        256       None         True
   300  0.90                        256       None         True
yanlis tani: 8 / 10

tohum 20260218: dolma ani 413  t=360 okumasi 256  yanlis tani 8 / 10
tohum 20260219: dolma ani 413  t=360 okumasi 256  yanlis tani 8 / 10

Üç sayı yan yana. Kâhin: anlık görüntü 413. saniyede doluyor. Araç çıktısı: altmış saniyede bir bakan izleme, dolmadan önceki son okumasında 256 blok görüyor — ayrılan alanın tam yarısı. Yanlış tanı: on örnekleme ve eşik birleşiminin sekizi uyarıyı zamanında üretemiyor.

Eğri bunun nedenini gösteriyor. İlk üç yüz saniyede doluluk 256’da duruyor, çünkü olağan yük hep aynı sıcak kümeye dokunuyor ve o küme bir kez kopyalandıktan sonra yeni kopya gerektirmiyor. Sayı üç yüz saniye boyunca kıpırdamıyor ve bakan kişiye kararlı görünüyor. Sonra yedek görevi geniş tarama yapıyor ve doluluk on üç saniyede 256’dan 512’ye çıkıyor. Eşiği düşürmek bu sorunu çözmüyor: tabloda 0,70 ile 0,90 eşikleri aynı sonucu veriyor, çünkü sorun eşiğin yüksekliği değil, iki bakış arasındaki mesafedir. Süreç yönetimi konusundaki örnekleme ölçümüyle aynı yapı burada da işliyor.

İkinci tohumda dolma anı da yanlış tanı sayısı da değişmiyor. Bunun nedeni yapısaldır: sıcak küme her tohum altında doyar ve patlamanın genişliği tohumdan bağımsızdır. Sonuç kurguya değil, yazarken kopyalamanın kendi davranışına bağlı.

Buradan çıkan tasarım kuralı şudur: anlık görüntüye ayrılacak alan, kaynağın boyutuna göre değil, anlık görüntünün yaşayacağı süre boyunca değişecek blok sayısına göre seçilir. Uzun süre tutulan bir anlık görüntü, kaynağın tamamı kadar yer isteyebilir.

Uygulamada üç önlem bu ölçümden doğrudan çıkıyor. Birincisi, anlık görüntünün ömrünü kısaltmaktır: yedek alındıktan hemen sonra kaldırılan bir görüntü, hiçbir eşik aşılmadan biter. İkincisi, doluluğu olayla birlikte okumaktır — yedek görevi başlarken ve biterken alınan iki okuma, altmış saniyelik düzenli örneklemeden daha çok şey söyler. Üçüncüsü, anlık görüntünün çalışırken büyütülebilmesidir: ayrılan alan tükenmeden önce havuzdan yeni ayırma birimleri eklenebilir, ama tükendikten sonra eklenemez. Üçünün ortak yanı, kararı örnekleme aralığına bırakmamaktır.

Bir de yanlış anlaşılan bir nokta vardır. Anlık görüntü bir yedek değildir; kaynağıyla aynı fiziksel birimlerde durur ve kaynağın altındaki aygıt arızalandığında ikisi birlikte kaybolur. Sağladığı şey tutarlı bir okuma anıdır — yedeği alan sürecin, veri değişmeye devam ederken sabit bir görüntüden okumasını mümkün kılar. Yedeklemenin kendisi bu kursun dışındadır ve başka bir yerde ölçülmüştür.

Küçültme ve Silme

Bu katmanın komutları arasında geri alınamaz olanlar açık uçlu değildir; adları bellidir. Bir mantıksal birimi silen komut, o birimin ayırma birimlerini havuza geri verir ve içindeki dosya sistemi bir daha kurulamaz. Bir mantıksal birimi küçülten komut, dosya sistemi önceden küçültülmemişse dosya sisteminin son bloklarını havuza geri verir; dosya sistemi o blokları kullanıyorsa veri kaybı sessiz ve kesin olur. Bu ders o iki komutu çalıştırılabilir tam biçimde vermez.

Güvenli sınama yolu üç adımdır. Birincisi kuru çalışmadur: birim yönetimi araçları, değişikliği uygulamadan sonucu bildiren bir seçenek taşır ve o seçeneğin çıktısı okunmadan gerçek komut verilmez. İkincisi anlık görüntüdür: değişiklikten önce alınan bir anlık görüntü, kaynak bozulduğunda geri dönüşü mümkün kılar — yeter ki ayrılan alanı dolmadan kullanılsın. Üçüncüsü ayrı bir havuzda denemedir: geri döngü aygıtlarından kurulmuş küçük bir havuz, bütün zinciri gerçek veriden uzakta çalıştırmayı sağlar.

Özet

• Katman üç nesneden oluşur: havuza katılmış fiziksel birimler, onları tek alan olarak sunan birim havuzu ve havuzdan sabit boyutlu ayırma birimleriyle kesilen mantıksal birimler. Havuza aygıt eklemek kapasiteyi artırır, dayanıklılığı artırmaz.
• Büyütme iki adımdır ve araçlar arasındaki boşluk ölçülebilir: yedi aşamada yirmi bir okumanın yedisi yanlış; vgs altı kez, lvs bir kez yanılıyor, df hiç yanılmıyor.
• Mantıksal birim büyütülüp dosya sistemi büyütülmediğinde yazılabilir alan 296 blokta kalıyor ama lvs 4392, vgs 8488 gösteriyor.
• Anlık görüntü kaynağın boyutuyla değil, değişen blok sayısıyla dolar: 512 bloklu bir görüntü 413. saniyede doluyor ve altmış saniyede bir bakan izleme o ana kadar 256 blokta duran bir sayı görüyor. On örnekleme ve eşik birleşiminin sekizi uyarıyı zamanında üretemiyor.
• Eşiği düşürmek bu kaçırmayı düzeltmiyor; ayıran şey iki bakış arasındaki mesafedir. Birim silme ve küçültme komutları geri alınamaz ve bu ders onları tam biçimde vermez.

Sonraki Adım

Bu ders depolamayı yalnız veri tutan bir katman olarak ele aldı. Oysa aynı blok aygıtının bir bölümü hiç dosya tutmaz: bellek baskısı altında sayfaların atıldığı alandır. Sonraki ders o alanı ölçer ve bir soruyu yanıtlar — takas kullanımı hangi göstergede ne kadar geç görünür. Ölçüm iki yönlü çıkacak: bazı göstergeler baskıyı geç haber veriyor, bazıları baskı geçtikten sonra da haber vermeye devam ediyor.