Quota/Realisierungen

Externe Quotendateien

Quoten ohne tune2fs

Vorteile

• Maximale Kompatibilität und Vorhersagbarkeit
• Funktionieren auf alten Kerneln und Distributionen.
• Gleiches Vorgehen für ext2/ext3/ext4 und eine Reihe anderer Dateisysteme.
• Eine Partition mit solchen Quoten kann auf einem anderen Rechner eingehängt werden, auf dem es keine Unterstützung für ext4-native-Quoten gibt, und die Quoten funktionieren weiterhin, sofern dort derselbe Satz von quota-Werkzeugen vorhanden ist.
• Keine Änderungen an der Struktur des Dateisystems
• Kein Risiko, das Dateisystem durch eine falsche -O-Option oder fehlerhaftes Verhalten von tune2fs „kaputtzumachen“.
• Anwendbar auf Partitionen, bei denen es nicht möglich ist, das Dateisystem sicher auszuhängen (oder kein Wartungsfenster für größere Eingriffe existiert).
• Einfaches Datenmodell
• Die Quoten werden in normalen Dateien (quota.* oder aquota.*) im Wurzelverzeichnis des Dateisystems gespeichert.
• Diese Dateien lassen sich leicht anzeigen, kopieren, archivieren und löschen.
• Für manche administrativen Aufgaben ist es praktisch, eine explizite Datei zu haben und keinen versteckten internen Inode.
• Einfache Rücknahme und Deaktivierung. Um Quoten zu deaktivieren, genügt es:

• die Optionen usrquota/grpquota (oder usrjquota/grpjquota) aus /etc/fstab zu entfernen
• quotaoff auszuführen
• bei Bedarf die Dateien quota.* / aquota.* zu löschen
• Die Struktur des Dateisystems ändert sich dabei nicht; es muss nichts auf Ebene der ext4-Features zurückgesetzt werden.

Nachteile

• Risiko einer Desynchronisation der Quotendateien
• Bei einem Systemabsturz, einem Hard-Reset oder Problemen mit der Platte können die Daten in quota.* / aquota.* nicht mehr dem tatsächlichen Zustand des Dateisystems entsprechen.
• In der Regel erfordert das einen Lauf von quotacheck, was auf großen Partitionen viel Zeit in Anspruch nehmen kann.
• Performance-Einbußen beim Lauf von quotacheck auf großen Datenmengen:

• quotacheck muss das gesamte Dateisystem durchlaufen, um die Nutzung von Blöcken/Inodes neu zu zählen.
• Auf Partitionen von mehreren TB kann das spürbar Zeit kosten und zusätzliche I/O-Last erzeugen.

• Weniger enge Integration mit dem ext4-Journal:

• Selbst wenn der journalisierte Modus verwendet wird (usrjquota=...,jqfmt=vfsv1), bleiben die Quoten externe Dateien und sind keine internen Strukturen des Dateisystems
• Die eingebaute Quota-Funktion von ext4 ist enger mit dem Journal integriert und im Allgemeinen robuster bei Störungen.

• In der Praxis ein veralteter Ansatz für ext4
• Auf neuen Systemen und in aktueller Dokumentation werden externe Quoten für ext4 oft als veraltete Methode bezeichnet; bevorzugt werden die eingebauten (native) Quoten.

Schema

Vereinfacht sieht das Schema folgendermaßen aus:

1. Kennzeichnung auf Mount-Ebene

In /etc/fstab werden für das Dateisystem Optionen der Form eingetragen:

usrquota,grpquota

oder

usrjquota=aquota.user,grpjquota=aquota.group,jqfmt=vfsv1

Beim Einhängen erkennt der Kernel, dass auf diesem Dateisystem Benutzer-/Gruppenquoten aktiv sein sollen.

2. Quotendateien im Wurzelverzeichnis des Dateisystems

Im Wurzelverzeichnis des Dateisystems werden spezielle binäre Quotendateien angelegt

• ältere Variante:

quota.user quota.group

• neuere, verbreitete Variante:

aquota.user aquota.group.

Darin werden Einträge pro UID/GID gespeichert: belegte Blöcke, belegte Inodes, weiche und harte Limits, Dauer der Grace-Periode usw.

3. Kernel und Quotendateien

Der Kernel greift bei jeder Operation, die die Plattennutzung verändern kann (Anlegen/Löschen von Dateien, Vergrößern der Dateigröße usw.), auf die Quotadaten zu:

• prüft, ob das Limit überschritten würde
• verweigert oder erlaubt die Operation
• aktualisiert die Zähler in den Quotendateien über einen Cache im Speicher mit periodischem Schreiben auf die Platte

In der journalisierten Variante (Optionen usrjquota=/grpjquota=) werden die Aktualisierungsvorgänge für aquota.* teilweise in das Journal des Dateisystems integriert

4. Werkzeuge aus dem Paket quota

• quotacheck – scannt das Dateisystem, berechnet die Nutzung neu und erzeugt/repariert die Quotendateien.
• quotaon / quotaoff – aktivieren/deaktivieren die Anwendung der Quoten im Kernel.
• edquota – bearbeitet die Limits für einen bestimmten Benutzer/eine bestimmte Gruppe.
• repquota – Bericht über die Quoten (wer wie viel nutzt, wo Überschreitungen vorliegen usw.).
• quota – zeigt die Quoten eines bestimmten Benutzers an.

Eingebettete Quotendateien

Integrierter Quoten - über tune2fs

Vorteile

• Zuverlässigeres Verhalten bei Ausfällen
• Die Aktualisierung der Quoten ist in das Journal des Dateisystems integriert, daher sind die Quotendaten nach einem Systemabsturz wesentlich weniger anfällig für Desynchronisation als externe Dateien aquota.*.
• ext4 erzeugt spezielle interne Inodes, die im Superblock eingetragen sind
• Die Quoten werden in speziellen Inodes gespeichert und sind im Verzeichnis / nicht sichtbar
• Kein „Müll“ im Wurzelverzeichnis des Dateisystems
• Schnelle Wiederherstellung nach Serverabstürzen
• Wenn die Quota-Feature vorhanden ist, wird die Quotenverwaltung beim Mounten automatisch eingeschaltet, ohne dass ein quotacheck über das gesamte Dateisystem ausgeführt werden muss
• In der Regel muss man nicht stundenlang auf die Neuberechnung der Quoten auf einer Multi-Terabyte-Partition warten.
• Moderner, von den Entwicklern unterstützter Ansatz

• Die Dokumentation empfiehlt ausdrücklich die ext4-Quota-Feature
• Externe Quotendateien auf ext4 gelten bereits offiziell als veraltet: der Kernel gibt eine Warnung der Form aus

`external quota files on ext4 are deprecated, please switch filesystem to use ext4 quota feature`

• Unterstützung von Project-Quoten

• Zusammen mit der Project-Feature können Projektquoten (prjquota) aktiviert werden, also Quoten auf Verzeichnisse (Projekte) und nicht nur auf UID/GID

Nachteile

Nachteile und Einschränkungen

• Es müssen Dateisystem-Features geändert werden
• Für ein bereits existierendes ext4-Dateisystem wird die Quota-Feature mit

tune2fs -O quota /dev/sdXN

(gegebenenfalls -O project hinzufügen, wenn Project-Quotas benötigt werden).

• Dies ist eine Änderung der Dateisystemstruktur. Sie darf nur auf einer ausgehängten Partition durchgeführt werden. Für das Root-Dateisystem `/` ist in der Regel ein separater Wartungsmodus/Live-CD/initramfs erforderlich.
• Abhängigkeit von Kernel- und e2fsprogs-Version

• Es wird eine ausreichend aktuelle Kombination aus Kernel + e2fsprogs mit Unterstützung der Quota-Feature benötigt, gebaut mit --enable-quota. In einigen Distributionen ist dies bis heute nicht aktiviert.

• Wie bei anderen ext4-Features: Nach dem Setzen eines neuen Feature-Bits ist das Dateisystem nicht mehr vollständig mit älteren Kerneln kompatibel.
• Das Zurückrollen ist schwieriger:

• Ein Rollback ist nur über ein vollständiges Backup und das Neuaufsetzen des Dateisystems möglich.

• Die Konfiguration ist etwas weniger offensichtlich als bei externen Quotendateien.

Allgemeiner Aufbau

Allgemeiner Aufbau des Schemas der ext4-native Quoten

1. Features auf Dateisystemebene

• Im ext4-Superblock wird das Feature quota (und bei Bedarf project) gesetzt.
• Dies führt zur Erstellung interner `quota inode` und zur Eintragung ihrer Nummern in den Superblock:

• user quota (3)
• group quota (4)
• die project quota wird in einem eigenen Inode gespeichert, dessen Nummer im Feld s_prj_quota_inum abgelegt ist.

2. Kernel – Quota-Inodes

• Beim Mounten des Dateisystems erkennt der Kernel, dass die Quota-Feature aktiviert ist, liest die Inode-Nummern der Quoten aus dem Superblock und bindet sie als Quota-Speicher ein.
• Die Erfassung der Block- und Inode-Nutzung nach UID/GID/Project-ID erfolgt ohne externe Dateien; die Daten werden atomar in Verbindung mit dem Journal aktualisiert.

3. Erfassung und Durchsetzung der Limits

• Die Quotenbuchführung wird bei aktivierter ext4-Quota-Feature nach dem Mounten automatisch aktiviert.
• Die tatsächliche Durchsetzung der Limits muss jedoch explizit über `quotaon` eingeschaltet werden, analog zu externen Quoten.

4. Neue Mount-Optionen

Um dem Dateisystem und dem Kernel mitzuteilen, welche Quotenarten angewendet werden sollen, werden folgende Optionen verwendet:

• usrquota'Fetter Text' — Benutzerquoten
• grpquota — Gruppenquoten
• prjquota — Projektquoten

• Diese Optionen ersetzen die alten usrjquota=...,grpjquota=...,jqfmt=... für ext4 mit aktivierter Quota-Feature.
• Die Werkzeuge bleiben dieselben.
• Es werden weiterhin dieselben Programme verwendet: `quotacheck`, `quotaon`, `quotaoff`, `edquota`, `repquota`, `quota`.

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