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ラズパイで作る自宅WEBサーバ構築
第12回 運用準備 2019.12.01 / 2020.11.20更新

YouTube 動画でポイントを説明しています。上記画像をクリックすると再生できます。

前回までに、一通りWEBサーバーの設定は行ったので、今回は運用準備とシステムバックアップについてです。
SDカードは書込み回数上限に達すると使えなくなります。公開WEBサーバーではアクセスログなどのファイル更新であっという間に書き込み上限に達してしまいます。

カーネルのある基本領域は読込み専用で更新はないので、そのまま利用し、ブート後に制御が移される拡張領域をUSB接続の外付けハードディスクに複写して運用します。
システム設定更新時にはラズパイ本体SDカードの拡張領域に上書き複写することで二重化します。
詳しい説明は第2回動画 https://youtu.be/LOz4hQYqfag を参照してください。
WEBサーバー運用時のコンテンツはローカル接続しているパソコン側あるいはNAS上に保管することにします。

外付けハードディスクの設定

ubuntu を起動した後に、ポータブル・ハードディスクをUSBスロットに接続します。
今回は120GBのHDDを接続した場合で、説明します。
$ sudo fdisk -l
Disk /dev/mmcblk0: 29.7 GiB, 31914983424 bytes, 62333952 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x85baa6c1

Device         Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1 *      2048   526335   524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      526336 62333918 61807583 29.5G 83 Linux


Disk /dev/sda: 111.8 GiB, 120034123776 bytes, 234441648 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x04bad2b4

Device     Boot Start       End   Sectors   Size Id Type
/dev/sda1        2048 234436544 234434497 111.8G  7 HPFS/NTFS/exFAT
パーティションの作成(GPT対応のパーティションを作成)

パーティションの管理方式には GPT(GUID Partition Table)を使用します。

$ sudo parted /dev/sda
GNU Parted 3.2
Using /dev/sda
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.

(parted) p
Model: KESU USB 3.0 (scsi)
Disk /dev/sda: 120GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos ← パーティション管理方式MBR
Disk Flags:

Number Start End Size Type File system Flags
1 1049kB 120GB 120GB primary

※パーティションテーブルが未設定の場合、エラーメッセージが表示されます。
Error: /dev/xvdc: unrecognised disk label
次の、mklabel を実行することにより解決します。

(parted) mklabel gpt ←GPTに変更
Warning: The existing disk label on /dev/sda will be destroyed and all data on this disk will be lost. Do
you want to continue?
Yes/No? y
(parted) p
Model: USB 3.0 (scsi)
Disk /dev/sda: 120GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt ← パーティション管理方式GPT
Disk Flags:

Number Start End Size File system Name Flags

(parted) mkpart "Linux filesystem" 0% 100%
(parted) p
Model: USB 3.0 (scsi)
Disk /dev/sda: 120GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: gpt
Disk Flags:

Number Start End Size File system Name Flags
1 1049kB 120GB 120GB Linux filesystem

(parted) quit
Information: You may need to update /etc/fstab.

パーティションを確認します
$ sudo fdisk -l
Disk /dev/mmcblk0: 29.7 GiB, 31914983424 bytes, 62333952 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x85baa6c1

Device         Boot  Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1 *      2048   526335   524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      526336 62333918 61807583 29.5G 83 Linux


Disk /dev/sda: 111.8 GiB, 120034123776 bytes, 234441648 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 9950E274-D75A-47D0-9456

Device     Start       End   Sectors   Size Type
/dev/sda1   2048 234440703 234438656 111.8G Linux filesystem
パーティションのフォーマット
$ sudo mkfs.ext4 /dev/sda1
mke2fs 1.44.1 (24-Mar-2018)
/dev/sda1 contains a exfat file system
Proceed anyway? (y,N) y
Creating filesystem with 29304832 4k blocks and 7331840 inodes
Filesystem UUID: 3d962f89-f4cb-4160-b70e
Superblock backups stored on blocks:
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
    4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (131072 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
cmdline.txt と fstabの修正

UUID,PARTUUIDを調べます
$ sudo blkid (あるいは $ ls -l /dev/disk/by-partuuid/)
/dev/mmcblk0p1: LABEL="system-boot" UUID="4245-236F" TYPE="vfat" PARTUUID="85baa6c1-01"
/dev/mmcblk0p2: LABEL="writable" UUID="cb9fa157-6a4b-425b-aa26" TYPE="ext4" PARTUUID="85baa6c1-02"
/dev/sda1: UUID="3d962f89-f4cb-4160-b70e" TYPE="ext4" PARTLABEL="Linux filesystem" PARTUUID="0d27d6de-7320-4c6c-80b1"
/dev/mmcblk0: PTUUID="85baa6c1" PTTYPE="dos"

ラベルを確認します
$ sudo e2label /dev/sda1
       ←ラベルが付いてないので、空行が表示されます

ラベルを付加します
$ sudo e2label /dev/sda1 writable-hdd
$ sudo e2label /dev/sda1
writable-hdd

拡張領域をラズパイ本体のSDカードからUSB接続のHDDに切り替えます。
$ sudo vi /boot/firmware/cmdline.txt
root=/dev/mmcblk0p2
  ↓変更
root=/dev/sda1
基本領域は本体のSDカードのままで、拡張領域のラベルをHDD側に変更します。
$ sudo vi /etc/fstab
LABEL=writable  /        ext4   defaults        0 0
LABEL=system-boot       /boot/firmware  vfat    defaults        0       1
 ↓変更
LABEL=writable-hdd  /        ext4   defaults        0 0
LABEL=system-boot       /boot/firmware  vfat    defaults        0       1
システムの複製

ラズパイ本体のSDカードから 拡張領域をHDDに複製します。
$ sudo mkdir -p /mnt/target
$ sudo mount /dev/sda1 /mnt/target/
$ sudo rsync -ax --exclude='/boot' --progress / /mnt/target

マウントを解除して、システムを再起動します。
$ sudo umount /mnt/target
$ sudo reboot
公開サーバー運用方針

ここでは、運用方法の1例を紹介します。
システム設定を更新した際にはラズパイ本体に挿してあるSDカード内の拡張領域へ同期複写を行います。
crontab による毎日のデータベース・バックアップファイルは開発環境側パソコンあるいはNASにバックアップします。
開発環境側でWEBコンテンツを制作してサーバーにアップしている場合は、コンテンツのバックアップは必要ないでしょう。

$ sudo mkdir -p /mnt/target
$ sudo mount /dev/mmcblk0p2 /mnt/target/
$ sudo rsync -ax --delete --exclude={"/boot","/dev/*","/proc/*","/sys/*","/tmp/*","/run/*",
"/mnt/*","/media/*","/lost+found"} --progress / /mnt/target

--exclude オプションは指定したパターンにマッチするファイルを除外します。/dev, /proc, /sys, /tmp, /run は起動時に作成されるものなので除外しています。/lost+found はファイルシステムが作成します。除外パターンをクォートで囲っているのはシェルによって展開されないようにするためで、特に SSH を使ってバックアップする場合は必須です。除外パターンの末尾に付いている * はディレクトリが存在しなかった場合に確実に作成するよう指示します

$ sudo umount /mnt/target

故障と対策
故障の原因にもよるのですが、Raspberry Pi 3 model B+、32GB SDカード、HDD(SSD)はもう1組用意しておいたほうがよいと思います。
原 因対 策
ラズパイ本体が壊れた SDカードとHDDを新しいラズパイに取り付けます。
キーボードとモニターを接続して、起動します。
/etc/netplan/50-cloud-init.yaml 内の macaddress を書き換えます。
ハードディスクが壊れた ラズパイ本体のSDカードを取り出します。
WindowsパソコンにSDカードを挿して、system-boot ドライブの cmdline.txt を開き、拡張領域をSDカードに戻します。
root=/dev/sda1 → root=/dev/mmcblk0p2
新しいHDDに交換し、SDカードをラズパイに戻してシステムを起動します。
SDカード本体の拡張領域をHDDに複写し、拡張領域を再度切り替えます。
SDカードが壊れた ラズパイ本体からHDDを外し、新しいSDカードを挿して「第2回 Ubuntu インストール」を再度、実施します。 HDDを接続して、拡張領域をHDDに切り替えます。
root=/dev/mmcblk0p2 → root=/dev/sda1
HDDの拡張領域をSDカードの拡張領域に複写しておきます。
必要に応じで、データベースバックアップからのリストア、WEB関連ファイルを更新します。

今回のシステムでは瞬間停電などの対策はしてあるので、HDD書込み最中に電源断になることはありません。
ハードディスクで障害が発生した場合は、修復利用も可能だとは思いますが、SSDでさえ、120GB程度であれば、2000円程度で購入できますので、交換したほうがよいと思います。


【深層学習関連】
20.11.21 深層学習 第1回環境整備
20.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
21.01.02 深層学習 第3回コード進行解析

【画像処理関連】

20.05.28 画像処理 第1回トイカメラ
20.06.09 画像処理 第2回カメラモジュール制御
20.06.28 画像処理 第3回リアルタイムクロック
20.07.08 画像処理 第4回電源回路
20.10.27 画像処理 第5回自作デジカメ初号機完成
20.11.10 画像処理 第6回ドーナツデジカメ
【音楽関連】

20.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
20.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
20.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
20.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
20.02.13 Piano Hat & Rosegarden
20.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
20.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
20.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
21.01.02 深層学習 第3回 コード進行解析
21.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
【WEBサイト構築関連】

19.10.15 第1回 前準備
19.10.20 第2回 Ubuntu Server インストール
19.10.27 第3回 Ubuntu Server 詳細設定
19.10.28 番外編 無線LAN接続設定
19.11.02 第4回 Apache WEBサーバ設定
19.11.05 第5回 PHP 設定
19.11.10 第6回 MySQL 設定
19.11.11 第7回 DNS (bind) 設定
19.11.16 第8回 メールサーバ(Postfix)設定・前編
19.11.21 第9回 メールサーバ(Postfix)設定・後編
19.11.24 第10回 ファイアウォール(iptables) 設定
19.11.25 第11回 crontab 設定
19.12.01 第12回 運用準備
19.12.03 第13回 Windowsパソコンに開発環境を作る
19.12.05 第14回 WEBサーバー公開
19.12.10 第15回 動的サイト制作
19.12.11 第16回 簡単なアクセスカウンターを作る
20.03.04 TTGO-Camera による定点観測・WEB公開
【開発環境関連】

19.12.19 Raspbian Stretch LITE インストール
19.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
19.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
【SNS関連】

20.03.18 テキスト読み上げ gTTS
20.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
20.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
【周辺機器関連】

20.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
20.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
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20.03.27 M5Stackキーボードを利用する
20.06.29 液晶キャラクターディスプレイLCD1602A
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19.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
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