Мониторинг состояния ФС

1. Введение

В операционных системах Linux файловая система играет ключевую роль в стабильности, производительности и долговечности системы. Её износ, переполнение, фрагментация или ошибки могут не только снизить скорость работы, но и привести к потере данных.

🔍 Почему важно мониторить файловую систему

• 📉 Износ SSD — важно контролировать количество циклов перезаписи и своевременно применять TRIM.
• 🚫 Переполнение разделов — приводит к сбоям сервисов, невозможности логгирования, падению баз данных.
• 🧩 Фрагментация — снижает производительность, особенно на HDD и при больших файлах на ext4.
• 🐢 Просадки по I/O — могут указывать на перегрузку, неэффективный доступ или умирающее устройство.

📊 Что можно и нужно контролировать

• Свободное место и inode (через df, du);
• Нагрузку на диск (через iostat, iotop, dstat);
• Износ и состояние SSD (через smartctl, lsblk --discard);
• Фрагментацию и дефрагментацию (через e4defrag, filefrag);
• Работу TRIM (через fstrim и systemd-timer);
• Файлы, которые нельзя увидеть напрямую (удалённые, но занятые — через lsof);

🏢 Когда мониторинг особенно важен

• 🖥️ На серверах — где переполнение раздела может остановить критически важные процессы;
• 📦 В контейнерах — ограниченные ресурсы требуют жёсткого контроля использования места;
• ⚡ На SSD и NVMe — где важен TRIM, износ и равномерное распределение нагрузки;
• 🧪 В виртуальных машинах — особенно с thin provisioning, где видимое пространство не отражает реальность;
• 🧱 На десктопах — для избежания фрагментации и потери данных.

2. Использование df и du: сколько занято и где

Одни из самых базовых и полезных инструментов в Linux — это df и du. Они позволяют быстро понять, сколько места занято и какими каталогами. Однако они показывают информацию по-разному и предназначены для разных задач.

📊 df — информация о файловых системах

Показывает использование места на уровне точек монтирования и устройств:

df -h

Показывает размеры в человекочитаемом виде (GB, MB)

df -i

Отображает использование inode — критично, если файлов очень много, даже при наличии свободного места.

📂 du — анализ содержимого каталогов

Подсчитывает фактический размер каталогов и подкаталогов на уровне файловой структуры:

du -sh *

Показывает, какие директории в текущем каталоге занимают больше всего места.

sudo du -xh / --max-depth=2 | sort -h

Рекурсивный просмотр с сортировкой по размеру.

sudo ncdu /

🔍 Разница между df и du

• df читает информацию из /proc/mounts и показывает размеры томов;
• du обходит реальные файлы и папки, рассчитывая их размеры по факту;
• df включает скрытые и удалённые, но ещё открытые файлы (например, журналы, занятые процессами);
• du не увидит эти файлы, т.к. они уже не видны в файловом дереве.

lsof +L1

3. Мониторинг ввода-вывода: iostat, iotop, dstat

Мониторинг I/O (ввода-вывода) — важная часть наблюдения за состоянием файловой системы. Он помогает выявить медленные диски, «тяжёлые» процессы и узкие места в производительности.

📈 iostat — статистика по устройствам

Утилита из пакета sysstat показывает производительность дисковых устройств, включая загрузку, задержки и throughput:

iostat -xz 1

• %util — насколько устройство занято (если 100% — диск перегружен);
• await — средняя задержка всех операций (чем выше, тем хуже);
• r/s, w/s — количество чтений и записей в секунду;
• svctm — среднее время выполнения операций устройством.

👁️ iotop — кто грузит диск прямо сейчас

Интерактивная утилита, показывающая процессы, активно работающие с диском:

sudo iotop

• Отображает PID, процесс, скорость чтения/записи в реальном времени;
• Удобно для обнаружения утечек логов, неэффективных баз данных и бэкапов;
• Необходимо иметь права root.

📊 dstat — много метрик в одной строке

dstat — универсальный инструмент для мониторинга I/O, CPU, памяти, сети в реальном времени:

dstat -cdngytl

Каждая колонка — отдельный ресурс: диск, сеть, память, процессы, задержки.

🧠 Интерпретация показателей

• Высокий %util + высокий await → диск перегружен (HDD, плохой SSD, или много IOPS);
• Низкий %util, но медленный доступ → проблемы на уровне ФС, контроллера или блокировок;
• Большие объёмы записи — возможно, неочищаемые логи или тяжёлые базы.

4. Мониторинг файловой активности: inotify, auditd, lsof

Помимо мониторинга места и I/O, в Linux важно следить за активностью файлов: кто и когда их создаёт, удаляет, изменяет или использует. Это полезно для отладки, безопасности и устранения проблем с «невидимыми» файлами.

🔍 lsof +L1 — поиск удалённых, но занятых файлов

Иногда файлы уже удалены, но всё ещё занимают место, потому что открыты каким-то процессом. lsof позволяет их найти:

sudo lsof +L1

• Показывает открытые файлы с нулевыми линками (уже удалённые);
• Часто виноваты журналы, временные файлы, бэкапы и базы данных;
• Можно освободить место, перезапустив процесс или закрыв дескриптор.

🕵️ inotifywait — отслеживание изменений в каталогах

Инструмент из пакета inotify-tools позволяет «подслушивать» файловые события в реальном времени:

inotifywait -m -r /var/log

• -m — режим постоянного наблюдения;
• -r — рекурсивно по подкаталогам.

Вы увидите события вроде CREATE, DELETE, MODIFY, OPEN, CLOSE.

Пример: слежение за появлением новых файлов в /tmp:

inotifywait -m /tmp -e create

🛡️ auditd — мощный аудит действий на ФС

Демон auditd позволяет логировать доступ к файлам, изменения и нарушения политик безопасности. Используется в защищённых системах (в т.ч. с SELinux).

sudo auditctl -w /etc/passwd -p war -k passwd-watch

• -w — путь к файлу;
• -p — типы доступа: write, attribute change, read, xexecute;
• -k — метка (ключ) для фильтрации.

Просмотр логов:

sudo ausearch -k passwd-watch

5. TRIM и износ SSD: fstrim, smartctl, lsblk

В отличие от жёстких дисков, SSD имеют ограниченное число циклов записи на ячейку памяти. Для поддержания скорости и срока службы важно регулярно использовать команду TRIM, которая сообщает контроллеру, какие блоки больше не используются.

✂️ Что такое TRIM и зачем он нужен

• Позволяет контроллеру SSD «освобождать» блоки после удаления файлов;
• Увеличивает производительность и срок службы накопителя;
• Особенно важен для систем с высокой скоростью записи (журналы, БД, временные файлы).

✅ Проверка и запуск TRIM вручную

Можно вручную инициировать TRIM на смонтированном разделе:

sudo fstrim -v /

Вывод покажет, сколько байт было освобождено.

🕒 Проверка таймера TRIM (если используется systemd)

Большинство дистрибутивов используют systemd-таймер для периодического запуска TRIM:

systemctl status fstrim.timer

Чтобы вручную запустить его немедленно:

sudo systemctl start fstrim.service

📉 Проверка износа SSD через smartctl

Инструмент smartctl из пакета smartmontools позволяет узнать состояние SSD, включая wear-leveling и число перезаписей:

sudo smartctl -a /dev/sdX | grep -i wear

Другие важные метрики, которые стоит искать:

• Wear_Leveling_Count
• Media_Wearout_Indicator
• Percent_Lifetime_Remain — особенно на Intel, Samsung, Kingston

📦 Проверка поддержки TRIM устройством

Не все устройства и файловые системы поддерживают TRIM. Проверить можно так:

lsblk --discard

Интересуют столбцы:

• DISC-GRAN — минимальный размер TRIM-операции;
• DISC-MAX — максимальный размер;
• Если значения равны 0 — TRIM не поддерживается.

6. Фрагментация: e4defrag, filefrag, xfs_db

Несмотря на распространённое мнение, фрагментация файлов существует и в Linux, особенно на HDD и при частом создании/удалении больших файлов. Это может привести к снижению производительности чтения и записи, особенно при доступе к большим логам, базам данных и образам VM.

🔎 Проверка фрагментации с помощью filefrag

Утилита filefrag показывает, из скольких физических фрагментов состоит файл:

filefrag -v /path/to/file

• Ищите строку extent — чем меньше, тем лучше (идеально — 1);
• Подходит для ext4, XFS, Btrfs и других ФС с поддержкой extent;
• Работает с правами пользователя, но лучше запускать от root.

🧹 Дефрагментация ext4 с e4defrag

Стандартный инструмент дефрагментации в ext4:

sudo e4defrag /

Можно дефрагментировать не весь раздел, а конкретную директорию или файл.

Пример:

sudo e4defrag /var/log

🔧 Для XFS: xfs_db и xfs_fsr

• xfs_db — интерактивный отладочный инструмент (не для новичков);
• xfs_fsr — автоматизированная утилита дефрагментации XFS:

sudo xfs_fsr -v /dev/sdX1

Работает в фоновом режиме, дефрагментируя файлы на лету.

💡 Почему фрагментация — это не миф

• На HDD считывание данных с фрагментами → частые перемещения головки → медленная работа;
• На ext4 без lazy_itable_init и при постоянном перезаписывании больших файлов (бэкапы, базы) фрагментация растёт быстро;
• SSD менее чувствительны, но фрагментация влияет на wear-leveling и TRIM.

7. Контроль квот: quota, repquota, xfs_quota, btrfs qgroup

Контроль дисковых квот позволяет ограничивать использование файловой системы по пользователям, группам и подтомам. Это особенно важно в мультипользовательских и серверных системах, где необходимо избежать переполнения ресурсов отдельными пользователями или сервисами.

🧑‍💻 Включение квот в ext4 и XFS

Для ext4 нужно включить квоты в /etc/fstab:

/dev/sdX1  /home  ext4  defaults,usrquota,grpquota  0 2

Затем инициализировать файлы квот:

sudo mount -o remount /home
sudo quotacheck -cum /home
sudo quotaon /home
  

Для XFS поддержка встроенная, но также нужно указать флаги в fstab:

/dev/sdX1  /data  xfs  defaults,uquota,gquota  0 2

📊 Утилиты для работы с квотами

• quota -u username — показать квоту пользователя;
• repquota /mountpoint — отчёт по всем пользователям;
• edquota username — установить лимиты вручную;
• xfs_quota -x -c 'report -h' /mountpoint — для XFS.

📦 Квоты в Btrfs: подтомы и qgroup

Btrfs использует механизм qgroup (quota groups) для ограничения подтомов.

Включение квот:

sudo btrfs quota enable /mnt

Посмотреть текущие квоты:

sudo btrfs qgroup show -pcre /mnt

Установка лимита на подтом:

sudo btrfs qgroup limit 5G /mnt/@home

📌 Выводы

• ext4: простые user/group квоты, но не поддерживает project-квоты;
• XFS: поддерживает user/group/project-квоты, включая гибкое управление;
• Btrfs: гибкая квотируемая модель с поддержкой подтомов и снапшотов;
• Для ReiserFS, exFAT и других — квоты, как правило, отсутствуют.

8. Наблюдение за файловыми системами в реальном времени

Регулярный мониторинг — хорошо, но бывают ситуации, когда нужно отслеживать состояние дисков прямо сейчас. Это особенно полезно при устранении проблем, подозрении на утечку места или отладке активности приложений.

📺 watch df -h — базовый real-time монитор

Отображает занятое место с обновлением каждые 2 секунды по умолчанию:

watch df -h

Можно задать частоту обновления:

watch -n 5 df -i

Хорошо подходит для отслеживания резкого роста логов, временных файлов и inode.

📊 ncdu, gdu — интерактивный анализ места

Эти утилиты позволяют в интерактивном режиме просматривать, какие каталоги занимают больше всего места.

• ncdu / — наглядная древовидная структура, управление стрелками;
• gdu / — более быстрая альтернатива на Go (особенно для больших томов);
• Работают даже на сервере по SSH.

sudo ncdu /var/log

📈 glances и htop с колонками I/O

glances — комплексная панель мониторинга ресурсов:

• Показывает загрузку CPU, RAM, дисков, сети, температуру и т.д.;
• Поддерживает web-интерфейс и API;
• Запуск: glances (требует установки пакета).

htop можно настроить для отображения активности I/O по процессам:

• Нажмите F2 → Columns → добавьте IO read rate, IO write rate;
• Удобно отслеживать, кто нагружает диск в данный момент.

9. Интеграция с мониторингом и алертами

Важно не только наблюдать за файловой системой вручную, но и автоматизировать мониторинг с оповещениями. Это позволяет предупреждать аварии до того, как они приведут к простоям или потере данных.

📡 node_exporter + Prometheus

Один из самых популярных инструментов — node_exporter от Prometheus. Он собирает множество системных метрик, включая:

• node_filesystem_avail_bytes — доступное место;
• node_filesystem_size_bytes — общий размер ФС;
• node_filesystem_files_free — свободные inode;
• node_filesystem_readonly — признак Read-Only монтирования.

Пример выражения Prometheus:

100 * (node_filesystem_avail_bytes{mountpoint="/"} / node_filesystem_size_bytes{mountpoint="/"}) < 10
  

Алерт при остатке меньше 10% на /

🚨 Примеры алертов

• Диск почти заполнен:

  
  node_filesystem_avail_bytes / node_filesystem_size_bytes < 0.1
        

• Inode почти закончились:

  
  node_filesystem_files_free / node_filesystem_files < 0.05
        

• Файловая система в RO:

  
  node_filesystem_readonly == 1
        

🛠️ Альтернативы и готовые решения

• Netdata — визуальный real-time мониторинг с auto-оповещениями;
• Zabbix — классическая система с агентами и встроенными шаблонами;
• Grafana + Telegraf + InfluxDB — мощная система визуализации с лёгким сборщиком данных;
• Checkmk, Icinga, Nagios — для корпоративных или гибридных решений.

10. Заключение

Эффективное использование дискового пространства и предотвращение сбоев напрямую зависит от регулярного мониторинга файловой системы. Даже простые инструменты дают ценные данные, если применять их системно.

• 🔁 Регулярный мониторинг = стабильность: вовремя замеченные проблемы позволяют избежать аварий и простоев.
• 🧰 Комбинируйте инструменты:
  • df + du — анализ места;
  • iostat + smartctl — диагностика I/O и износа;
  • fstrim + e4defrag — оптимизация SSD и ext4.
• 💾 Учитывайте носитель: для SSD критичен TRIM и контроль записи, для HDD — фрагментация и seek time.
• 🤖 Автоматизируйте: используйте systemd-таймеры, cron, алерты в Prometheus или Zabbix.