# ext4 ファイルシステムの作成（カスタム設定）
# 一般的なサーバー向け
mkfs.ext4 -L "data" \
  -b 4096 \              # ブロックサイズ 4KB
  -i 16384 \             # bytes-per-inode（inode密度）
  -J size=256 \          # ジャーナルサイズ 256MB
  -O metadata_csum \     # メタデータチェックサム有効
  -E lazy_itable_init=1 \  # 遅延 inode テーブル初期化
  /dev/sda1
 
# メールサーバー向け（小ファイル多数）
mkfs.ext4 -L "mail" \
  -b 4096 \
  -i 4096 \              # inode を多く確保
  -J size=128 \
  /dev/sda1
 
# 大ファイル向け（メディアサーバー）
mkfs.ext4 -L "media" \
  -b 4096 \
  -i 1048576 \           # inode を少なく（大ファイル前提）
  -T largefile4 \        # 大ファイルプリセット
  /dev/sda1
 
# マウントオプションの最適化
# /etc/fstab
# 一般用途（推奨設定）
/dev/sda1 / ext4 defaults,noatime,commit=60 0 1
 
# データベース用途
/dev/sda1 /var/lib/mysql ext4 defaults,noatime,data=ordered,barrier=1,commit=5 0 2
 
# 一時ファイル/ビルド用途
/dev/sda1 /tmp ext4 defaults,noatime,data=writeback,barrier=0,commit=120 0 0
 
# SSD 向け
/dev/sda1 / ext4 defaults,noatime,discard,commit=60 0 1

# 運用中の ext4 チューニング
 
# ジャーナリングモードの確認・変更
cat /proc/fs/ext4/sda1/options | grep data
# data=ordered
 
# コミット間隔の調整（デフォルト5秒）
# 長くすると性能向上、短くすると安全性向上
sudo tune2fs -o commit=30 /dev/sda1
 
# リザーブドブロックの調整（デフォルト5%）
# 大容量ディスクでは減らしてもよい
sudo tune2fs -m 1 /dev/sda1       # 1% に削減
sudo tune2fs -l /dev/sda1 | grep "Reserved"
 
# ファイルシステムラベルの設定
sudo e2label /dev/sda1 "my-data"
 
# チェック間隔の設定
sudo tune2fs -c 50 /dev/sda1      # 50回マウントごとにチェック
sudo tune2fs -i 6m /dev/sda1      # 6ヶ月ごとにチェック
 
# メタデータチェックサムの有効化（ext4 >= 3.18）
sudo tune2fs -O metadata_csum /dev/sda1
 
# 断片化の確認
sudo e4defrag -c /mount/point
# Fragmentation score: 0-30=低, 30-55=中, 55-100=高

# XFS ファイルシステムの作成
mkfs.xfs -L "xfs-data" \
  -b size=4096 \         # ブロックサイズ
  -d agcount=16 \        # AG数（並列性の調整）
  -l size=256m \         # ログサイズ
  /dev/sda1
 
# 外部ログデバイスの使用（性能向上）
mkfs.xfs -l logdev=/dev/sdb1,size=256m /dev/sda1
mount -o logdev=/dev/sdb1 /dev/sda1 /mnt
 
# XFS の情報確認
xfs_info /mount/point
# meta-data=/dev/sda1  isize=512  agcount=16, agsize=...
# data     =           bsize=4096 blocks=...
# naming   =version 2  bsize=4096 ascii-ci=0
# log      =internal   bsize=4096 blocks=...
 
# マウントオプション
# /etc/fstab
/dev/sda1 /data xfs defaults,noatime,inode64,logbufs=8 0 0
 
# パフォーマンス関連オプション:
# logbufs=N     : ログバッファ数（2-8、デフォルト8）
# logbsize=N    : ログバッファサイズ（32K-256K）
# nobarrier     : 書き込みバリア無効化（BBU付きRAID向け）
# allocsize=N   : 先読みアロケーションサイズ
# inode64       : 64bit inode番号（大容量FS必須）
 
# オンラインリサイズ（拡張のみ）
xfs_growfs /mount/point
 
# 注意: XFS は縮小できない
# 縮小が必要な場合: バックアップ → 再作成 → リストア
 
# デフラグ
xfs_fsr /mount/point          # ファイルシステム全体
xfs_fsr /path/to/file         # 特定ファイル
xfs_fsr -v /mount/point       # 詳細表示
 
# バックアップとリストア（XFS固有ツール）
xfsdump -l 0 -f /backup/dump.xfsdump /mount/point
xfsrestore -f /backup/dump.xfsdump /restore/point
 
# 修復
xfs_repair /dev/sda1           # アンマウント状態で
xfs_repair -L /dev/sda1        # ログをゼロクリア（最終手段）
 
# XFS のメタデータダンプ（デバッグ用）
xfs_db -r /dev/sda1
xfs_db> sb 0                   # スーパーブロック表示
xfs_db> freesp                 # 空き領域分布

# サブボリュームの管理
# サブボリューム作成
btrfs subvolume create /mnt/@home
btrfs subvolume create /mnt/@var
btrfs subvolume create /mnt/@snapshots
 
# サブボリューム一覧
btrfs subvolume list /mnt
# ID 256 gen 100 top level 5 path @home
# ID 257 gen 101 top level 5 path @var
# ID 258 gen 102 top level 5 path @snapshots
 
# サブボリュームの個別マウント
# /etc/fstab
/dev/sda1  /home       btrfs  subvol=@home,defaults,noatime,compress=zstd  0  0
/dev/sda1  /var        btrfs  subvol=@var,defaults,noatime                  0  0
 
# スナップショットの作成
# 読み取り専用スナップショット
btrfs subvolume snapshot -r /mnt/@home /mnt/@snapshots/home-$(date +%Y%m%d)
 
# 読み書き可能スナップショット
btrfs subvolume snapshot /mnt/@home /mnt/@snapshots/home-writable
 
# スナップショットからのファイル復旧
cp /mnt/@snapshots/home-20240101/user/important.txt /home/user/
 
# スナップショットへのロールバック（読み書きスナップショットの場合）
# 現在のサブボリュームを削除して、スナップショットをリネーム
btrfs subvolume delete /mnt/@home
btrfs subvolume snapshot /mnt/@snapshots/home-20240101 /mnt/@home
 
# スナップショットの削除
btrfs subvolume delete /mnt/@snapshots/home-20240101
 
# 増分バックアップ（send/receive）
# 初回: フルバックアップ
btrfs subvolume snapshot -r /mnt/@home /mnt/@snapshots/snap1
btrfs send /mnt/@snapshots/snap1 | btrfs receive /backup/
 
# 2回目以降: 増分バックアップ
btrfs subvolume snapshot -r /mnt/@home /mnt/@snapshots/snap2
btrfs send -p /mnt/@snapshots/snap1 /mnt/@snapshots/snap2 | btrfs receive /backup/
# → snap1 と snap2 の差分のみ転送
 
# SSH 越しの増分バックアップ
btrfs send -p /mnt/@snapshots/snap1 /mnt/@snapshots/snap2 | \
  ssh backup-server "btrfs receive /backup/"

# 透過的圧縮の設定
 
# マウント時に圧縮を有効化
mount -o compress=zstd /dev/sda1 /mnt
mount -o compress=zstd:3 /dev/sda1 /mnt   # 圧縮レベル指定
 
# 圧縮アルゴリズムの比較:
# ┌─────────┬──────────┬──────────┬──────────┐
# │ アルゴリズム│ 圧縮率  │ 圧縮速度 │ 展開速度 │
# ├─────────┼──────────┼──────────┼──────────┤
# │ lzo     │ 低       │ 最速     │ 最速     │
# │ zstd:1  │ 中       │ 高速     │ 高速     │
# │ zstd:3  │ 中-高    │ 中速     │ 高速     │ ← 推奨
# │ zlib:6  │ 高       │ 低速     │ 中速     │
# │ zstd:15 │ 最高     │ 最低     │ 高速     │
# └─────────┴──────────┴──────────┴──────────┘
 
# 特定ディレクトリの圧縮を無効化
btrfs property set /mnt/database compression ""
chattr +m /mnt/database    # 圧縮無効フラグ
 
# 既存データの再圧縮
btrfs filesystem defragment -r -czstd /mnt/
 
# 圧縮統計の確認
btrfs filesystem df /mnt
compsize /mnt                # 圧縮率の詳細確認ツール
 
# RAID 構成
 
# RAID1（ミラーリング）
mkfs.btrfs -d raid1 -m raid1 /dev/sda1 /dev/sdb1
 
# RAID10（ストライプ+ミラー）
mkfs.btrfs -d raid10 -m raid10 /dev/sd{a,b,c,d}1
 
# RAID プロファイルの動的変更
# single → RAID1 に変換
btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt
 
# デバイスの追加
btrfs device add /dev/sdc1 /mnt
btrfs balance start /mnt      # データを再配置
 
# デバイスの削除
btrfs device delete /dev/sda1 /mnt
 
# デバイスの交換
btrfs replace start /dev/sda1 /dev/sdd1 /mnt
 
# RAID 情報の確認
btrfs filesystem show /mnt
btrfs filesystem df /mnt
btrfs filesystem usage /mnt

# スクラブ（データ整合性チェック）
# → 全データのチェックサムを検証
# → RAID の場合は自動修復
btrfs scrub start /mnt
btrfs scrub status /mnt
 
# 定期スクラブの設定（systemd timer）
# /etc/systemd/system/btrfs-scrub.timer
# [Timer]
# OnCalendar=monthly
# [Install]
# WantedBy=timers.target
 
# バランス（データ再配置）
btrfs balance start /mnt
btrfs balance status /mnt
btrfs balance cancel /mnt      # 中断
 
# 使用量の詳細確認
btrfs filesystem usage /mnt
btrfs filesystem df /mnt
btrfs filesystem show
 
# クォータの設定
btrfs quota enable /mnt
btrfs qgroup limit 50G /mnt/@home
btrfs qgroup show /mnt
 
# ファイルシステムの修復
# 通常修復
btrfs check /dev/sda1
 
# 修復実行（注意: 危険な操作）
btrfs check --repair /dev/sda1
 
# rescue モード
btrfs rescue super-recover /dev/sda1
btrfs rescue zero-log /dev/sda1
btrfs rescue chunk-recover /dev/sda1

# ZFS のインストール（Ubuntu）
sudo apt install zfsutils-linux
 
# プール（zpool）の作成
 
# シンプルなプール（ストライプ、冗長性なし）
sudo zpool create tank /dev/sdb
 
# ミラープール（RAID1 相当）
sudo zpool create tank mirror /dev/sdb /dev/sdc
 
# RAID-Z1 プール（RAID5 相当）
sudo zpool create tank raidz1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
 
# RAID-Z2 プール（RAID6 相当）
sudo zpool create tank raidz2 /dev/sd{b,c,d,e}
 
# キャッシュとログ付きプール
sudo zpool create tank raidz1 /dev/sd{b,c,d} \
  cache /dev/sde \      # L2ARC（読み取りキャッシュ用SSD）
  log mirror /dev/sdf /dev/sdg  # SLOG（書き込みログ用SSD、ミラー）
 
# プール情報の確認
zpool status tank
zpool list
zpool iostat -v tank 5     # 5秒ごとのI/O統計
 
# データセットの作成と管理
sudo zfs create tank/home
sudo zfs create tank/data
sudo zfs create tank/backup
 
# プロパティの設定
sudo zfs set compression=lz4 tank         # 圧縮有効化
sudo zfs set atime=off tank               # atime 無効化
sudo zfs set recordsize=1M tank/media     # 大ファイル向け
sudo zfs set quota=100G tank/home         # クォータ設定
sudo zfs set reservation=50G tank/data    # 予約領域
 
# プロパティの確認
zfs get all tank/home
zfs get compression,compressratio tank
zfs list -o name,used,avail,refer,mountpoint

# スナップショットの作成
sudo zfs snapshot tank/home@daily-$(date +%Y%m%d)
 
# 再帰的スナップショット（全子データセット含む）
sudo zfs snapshot -r tank@backup-$(date +%Y%m%d)
 
# スナップショット一覧
zfs list -t snapshot
 
# スナップショットからのファイル復旧
# スナップショットは .zfs/snapshot/ からアクセス可能
ls /tank/home/.zfs/snapshot/daily-20240101/
cp /tank/home/.zfs/snapshot/daily-20240101/file.txt /tank/home/
 
# スナップショットへのロールバック
sudo zfs rollback tank/home@daily-20240101
 
# スナップショットの削除
sudo zfs destroy tank/home@daily-20240101
 
# 古いスナップショットの一括削除
sudo zfs destroy tank/home@%daily-202301  # 2023年1月分を削除
 
# レプリケーション（send/receive）
# 初回: フルバックアップ
sudo zfs send tank/home@snap1 | sudo zfs receive backup/home
 
# 増分バックアップ
sudo zfs send -i tank/home@snap1 tank/home@snap2 | \
  sudo zfs receive backup/home
 
# SSH 越しのレプリケーション
sudo zfs send -i tank/home@snap1 tank/home@snap2 | \
  ssh backup-server "sudo zfs receive backup/home"
 
# 暗号化付き送信（raw send）
sudo zfs send --raw -i tank/home@snap1 tank/home@snap2 | \
  ssh backup-server "sudo zfs receive backup/home"
 
# 自動スナップショット（zfs-auto-snapshot, sanoid/syncoid）
# sanoid.conf の例:
# [tank/home]
#   use_template = production
#   autosnap = yes
#   autoprune = yes
# [template_production]
#   hourly = 24
#   daily = 30
#   monthly = 12
#   yearly = 5

# ARC（キャッシュ）の確認と調整
cat /proc/spl/kstat/zfs/arcstats | grep -E "^(size|c_max|hits|misses)"
# ARC サイズの上限設定（/etc/modprobe.d/zfs.conf）
# options zfs zfs_arc_max=8589934592   # 8GB
 
# ZIL（書き込みログ）の無効化（非推奨、テスト用）
# sync=disabled は同期書き込みを無効化
sudo zfs set sync=disabled tank/tmp
 
# レコードサイズの最適化
# データベース（小ブロックI/O）
sudo zfs set recordsize=8K tank/database
 
# 大ファイル（メディア、バックアップ）
sudo zfs set recordsize=1M tank/media
 
# 一般用途
sudo zfs set recordsize=128K tank/home    # デフォルト
 
# 圧縮の効果確認
zfs get compressratio tank
# NAME  PROPERTY       VALUE  SOURCE
# tank  compressratio  2.50x  -
# → 2.5倍の圧縮率 = 40%のディスク節約
 
# スクラブ（データ整合性チェック）
sudo zpool scrub tank
zpool status tank      # スクラブの進捗確認
 
# I/O パフォーマンスの確認
zpool iostat -v 5      # 5秒ごと
 
# デバイスの交換
sudo zpool replace tank /dev/sdb /dev/sdh
 
# デバイスの追加（ミラーの追加）
sudo zpool attach tank /dev/sdb /dev/sdc  # sdb のミラーとして sdc を追加

# 現在のファイルシステムを確認
df -Th
lsblk -f
cat /etc/fstab
 
# マウントポイントの詳細情報
findmnt --real                # 物理FSのみ表示
findmnt -t ext4,xfs,btrfs    # 特定タイプのみ
 
# ファイルシステム固有の情報
# ext4
sudo dumpe2fs -h /dev/sda1
sudo tune2fs -l /dev/sda1
 
# XFS
xfs_info /mount/point
 
# Btrfs
btrfs filesystem show
btrfs filesystem df /mount/point
btrfs filesystem usage /mount/point
 
# ZFS
zpool status
zfs list

# テスト環境の準備（ループバックデバイスで各FSを作成）
for fs in ext4 xfs btrfs; do
  dd if=/dev/zero of=/tmp/test_${fs}.img bs=1M count=2048
  case $fs in
    ext4)  mkfs.ext4 -F /tmp/test_${fs}.img ;;
    xfs)   mkfs.xfs -f /tmp/test_${fs}.img ;;
    btrfs) mkfs.btrfs -f /tmp/test_${fs}.img ;;
  esac
  mkdir -p /mnt/test_${fs}
  mount -o loop /tmp/test_${fs}.img /mnt/test_${fs}
done
 
# fio でベンチマーク（各FSで実行）
for fs in ext4 xfs btrfs; do
  echo "=== ${fs} ==="
  fio --name=${fs}_seqwrite \
    --directory=/mnt/test_${fs} \
    --rw=write --bs=4k --size=512M \
    --numjobs=4 --runtime=30 --time_based \
    --group_reporting
done
 
# クリーンアップ
for fs in ext4 xfs btrfs; do
  umount /mnt/test_${fs}
  rm /tmp/test_${fs}.img
done

# デバッグ用ユーティリティ
import logging
import traceback
from functools import wraps
 
# ロガーの設定
logging.basicConfig(
    level=logging.DEBUG,
    format='%(asctime)s [%(levelname)s] %(name)s: %(message)s'
)
logger = logging.getLogger(__name__)
 
def debug_decorator(func):
    """関数の入出力をログ出力するデコレータ"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logger.debug(f"呼び出し: {func.__name__}(args={args}, kwargs={kwargs})")
        try:
            result = func(*args, **kwargs)
            logger.debug(f"戻り値: {func.__name__} -> {result}")
            return result
        except Exception as e:
            logger.error(f"例外発生: {func.__name__}: {e}")
            logger.error(traceback.format_exc())
            raise
    return wrapper
 
@debug_decorator
def process_data(items):
    """データ処理（デバッグ対象）"""
    if not items:
        raise ValueError("空のデータ")
    return [item * 2 for item in items]

# 設計判断の記録テンプレート
class ArchitectureDecisionRecord:
    """ADR (Architecture Decision Record) の作成"""
 
    def __init__(self, title: str):
        self.title = title
        self.context = ""
        self.decision = ""
        self.consequences = []
        self.alternatives = []
 
    def set_context(self, context: str):
        """背景と課題の記述"""
        self.context = context
        return self
 
    def set_decision(self, decision: str):
        """決定内容の記述"""
        self.decision = decision
        return self
 
    def add_consequence(self, consequence: str, positive: bool = True):
        """結果の追加"""
        self.consequences.append({
            'description': consequence,
            'type': 'positive' if positive else 'negative'
        })
        return self
 
    def add_alternative(self, name: str, reason_rejected: str):
        """却下した代替案の追加"""
        self.alternatives.append({
            'name': name,
            'reason_rejected': reason_rejected
        })
        return self
 
    def to_markdown(self) -> str:
        """Markdown形式で出力"""
        md = f"# ADR: {self.title}\n\n"
        md += f"## 背景\n{self.context}\n\n"
        md += f"## 決定\n{self.decision}\n\n"
        md += "## 結果\n"
        for c in self.consequences:
            icon = "✅" if c['type'] == 'positive' else "⚠️"
            md += f"- {icon} {c['description']}\n"
        md += "\n## 却下した代替案\n"
        for a in self.alternatives:
            md += f"- **{a['name']}**: {a['reason_rejected']}\n"
        return md