Derek Molloy - Raspberry Pi® a fondo para desarrolladores

pi@erpi ~ $ whereis find

find: /usr/bin/find /usr/share/man/man1/find.1.gz

En este caso, los comandos binarios están en /usr/bin y la página de manual está en /usr/share/man/man1 (almacenada en formato gzip para ahorrar espacio).

Los comandos more y less

El comando more (más, en inglés) ya se ha utilizado varias veces, y seguramente el lector habrá ya deducido para qué sirve. Nos permite ver un archivo grande, o una corriente de salida (output stream) muy larga, página a página. Así pues, para ver un archivo largo podemos escribir more filename. Por ejemplo, el archivo de log /var/log/dmesg contiene todos los mensajes de salida del núcleo. Podemos revisar el archivo página a página con el comando more /var/log/dmesg. Sin embargo, si queremos que la información en la pantalla sea concisa, podemos utilizar el valor -5 para que solo se muestren cinco líneas en cada página.

pi@erpi ~ $ more -5 /var/log/dmesg

[ 0.000000] Booting Linux on physical CPU 0xf00

[ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpu

[ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpuacct

[ 0.000000] Linux version 3.18.11-v7+ (dc4@dc4-XPS13-9333)(gcc version 4.8.3

20140303 (prerelease)(crosstool-NG linaro-1.13.1+bzr2650-Linaro GCC 2014.03)

--More--(2%)

Con la barra espaciadora pasamos las páginas y pulsando Q (Quit) salimos del archivo. Existe un comando, less (menos, en inglés), que resulta aún más potente:

pi@erpi ~ $ less /var/log/dmesg

El comando less nos proporciona una vista completamente interactiva que podemos manejar desde el teclado. Tiene, no obstante, demasiadas opciones como para listarlas aquí. Por ejemplo, podemos utilizar las teclas de cursor para movernos arriba y abajo, pasar de página con la barra espaciadora, buscar una cadena de texto escribiendo / (por ejemplo: /usb, para encontrar mensajes relacionados con dispositivos USB) y, luego, pulsar la tecla N para ir a la siguiente ocurrencia de la cadena buscada, o bien Mayús+N para ir a la ocurrencia anterior.

La fiabilidad de los sistemas de archivos en las tarjetas SD

Uno de los puntos críticos del RPi es su tarjeta SD, o como se la conoce más genéricamente, su MMC (MultiMedia Card, tarjeta multimedia). La memoria flash NAND, como la de las MMC, ofrece gran espacio de almacenamiento con bajo coste, pero presenta una cierta tendencia al desgaste que puede resultar en errores del sistema de archivos.

La amplia capacidad de las MMC se debe en gran medida al desarrollo de las memorias MLC (Multi-Level Cell) o de celda multinivel. A diferencia de la memoria SLC (Single-Level Cell) o de celda mononivel, las MLC son capaces de guardar más de 1 bit en una sola celda de memoria. Los altos niveles de voltaje necesarios para borrar una celda perjudican a las celdas adyacentes, así que la memoria flash NAND se borra en bloques de 1 a 4 KB. Con el paso del tiempo, el proceso de escritura en la memoria flash NAND hace que los electrones queden atrapados y que se reduzca la diferencia de conductividad entre los estados "guardado" y "borrado" (disponible) del sustrato semiconductor de la memoria. (El lector interesado podrá encontrar un análisis (en inglés) más profundo de las diferencias entre SLC y MLC para aplicaciones de elevada fiabilidad en la dirección web tiny.cc/erpi305.) Las MLC utilizan niveles de carga diferentes y voltajes superiores para almacenar más estados en cada celda individual. Los productos comerciales MLC suelen ofrecer entre 4 y 16 estados por celda. Como las SLC solo guardan un estado, gozan de ventaja en cuanto a fiabilidad, con unos 60.000 a 100.000 ciclos de borrado/escritura frente a los 10.000 que suelen ofrecer las memorias flash MLC. Las tarjetas MMC son perfectas para un uso cotidiano en aplicaciones como fotografía digital, donde 10.000 ciclos de escritura/borrado deberían garantizar más de 25 años de vida útil (con un ciclo de escritura/borrado de la tarjeta completa cada día, lo que tampoco suele ocurrir).

Sin embargo, los dispositivos Linux empotrados realizan constantemente tareas de escritura en sus MMC, como el registro de eventos del sistema en /var/log. Conque el RPi escriba en un archivo de log unas 20 veces diarias, la vida útil de una tarjeta SD sería de unos ocho meses. Tales cifras son conservadoras, no obstante, y gracias a la tecnología ya mencionada con algoritmos de nivelación de desgaste (wear leveling algorithms) la vida útil puede ser mucho más larga. Las MMC usan los algoritmos de nivelación de desgaste durante la escritura de datos para asegurar que las reescrituras se distribuyen uniformemente en todo el espacio de almacenamiento. De este modo se logran evitar los fallos de sistema de Linux ocasionados por una excesiva concentración de modificaciones, tales como cambios en los mismos archivos de log.

En el caso de nuestro RPi, debemos asegurarnos de adquirir una tarjeta SD de la mejor calidad posible, y mejor si es de una marca reconocida. Además, debe ser de gran capacidad. La razón es sencilla: cuanto más espacio quede sin usar en la SD, mejor funcionarán los algoritmos de nivelación de desgaste, siquiera por motivos físicos. Como nota al margen, decir que otras placas con Linux empotrado, como la BeagleBone Black, utilizan almacenamiento eMMC (embedded MMC, MMC empotrado); básicamente, una MMC en un chip soldado en la placa. Estas memorias eMMC suelen ser también MLC y ofrecen una fiabilidad análoga a la de las tarjetas SD. Sin embargo, una de sus ventajas es que el fabricante posee el control sobre la calidad y las especificaciones de la eMMC que desea incluir en su placa. Por último, la mayoría de los discos duros de estado sólido SSD (Solid State Disk) también incorporan tecnología MLC, mientras que los más caros y profesionales emplean la (más fiable) SLC.

Para aplicaciones en el RPi que requieran mayor fiabilidad, se puede utilizar un sistema de archivos basado en RAM (tmpfs) en los directorios /tmp y /var/cache, y para los archivos de log, especialmente /var/log/apt. Lograremos esto editando el archivo /etc/fstab para que los directorios necesarios se monten en memoria. Por ejemplo, si tenemos procesos que requieran compartir datos de archivos entre ellos para intercambiar datos, podríamos usar el directorio /tmp como sistema de archivos RAM (tmpfs) editando el archivo /etc/fstab del siguiente modo:

pi@erpi /etc $ sudo nano fstab

pi@erpi /etc $ more fstab

proc /proc proc defaults 0 0

/dev/mmcblk0p1 /boot vfat defaults 0 2

/dev/mmcblk0p2 / ext4 defaults,noatime 0 1

tempfs /tmp tmpfs size=100M 0 0

Seguidamente, aplicaríamos estos ajustes utilizando el comando mount.

pi@erpi /etc $ sudo mount -a

Y, luego, comprobamos que dichos ajustes se han añadido a la configuración:

pi@erpi /etc $ mount

...

tempfs on /tmp type tmpfs (rw,relatime,size=102400k)

El directorio raíz se monta de forma predeterminada con el atributo noatime activo, lo cual reduce drásticamente el número de accesos de escritura e incrementa el rendimiento de E/S, como ya vimos anteriormente en el capítulo. Siempre que sea posible debemos aplicar este atributo a todos los dispositivos de almacenamiento de estado sólido, como lápices USB, pero no es necesario para el almacenamiento basado en RAM.

Recuerde que cualquier dato que escribamos en un sistema de archivos temporal, tempfs, se perderá al reiniciar. Así pues, si utilizamos un tmpfs para /var/log, cualquier error del sistema que haga colgarse a la tarjeta no será visible en el reinicio. Podemos comprobarlo creando un archivo en el directorio /tmp con la configuración anterior y reiniciando acto seguido.

La asignación real de la RAM crece y mengua dependiendo del uso que el archivo haga del disco tmpfs. Así pues, podemos ser razonablemente generosos con la asignación de memoria. Por ejemplo, con los 100 MB del directorio /tmp montados en tmpfs: