fallocate 명령어로 만든 파일의 mkswap 불가 현상 (sparse file)

Intro

fallocate 명령어로 생성한 파일을 swap 영역으로 사용하려 했는데 swapon을 할 때 다음과 같은 에러가 발생했다.

swapon: /root/swapfile: swapon failed: Invalid argument

[root@server-1-lab ~]# fallocate -l 200MiB /root/swapfile

[root@server-1-lab ~]# ls -lh | grep swap
-rw-r--r--.  1 root root 200M Aug 28 19:04 swapfile

[root@server-1-lab ~]# chmod 600 swapfile

[root@server-1-lab ~]# mkswap /root/swapfile
Setting up swapspace version 1, size = 204796 KiB
no label, UUID=f7c9b365-c7d0-400e-a403-2894447da28e

[root@server-1-lab ~]# free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           990M        152M        439M         56M        398M        634M
Swap:          119M          0B        119M

[root@server-1-lab ~]# swapon /root/swapfile
swapon: /root/swapfile: swapon failed: Invalid argument

 

이때 dmesg 를 보면 커널에서 다음과 같은 로그가 발생했다. 

[root@server-1-lab ~]# dmesg | tail
[98860.730680] Adding 204796k swap on /root/swapfile.  Priority:-3 extents:2 across:468588k FS
...
[104589.765986] swapon: swapfile has holes

 

swapon 의 man 페이지를 보면 다음과 같은 문구가 있다.

NOTES
Files with holes
The swap file implementation in the kernel expects to be able to write to the file directly, without the assistance of the filesystem. This is a problem on files with holes or on copy- on-write files on filesystems like Btrfs. Commands like cp(1) or truncate(1) create files with holes. These files will be rejected by swapon. Preallocated files created by fallocate(1) may be interpreted as files with holes too depending of the filesystem. Preallocated swap files are supported on XFS since Linux 4.18. The most portable solution to create a swap file is to use dd(1) and /dev/zero.

fallocate으로 생성한 Preallocated 파일은 파일시스템에 따라 "files with holes"로 인식되어 swap 으로 사용할 수 없을 수 있다고 한다.

개인적으로 해당 문제를 해결하기 위해서는
처음부터 swapfile을 dd if=/dev/zero 로 생성하는 것이 제일 마음 편하고 깔끔하다고 생각된다.
fallocate로 만든 파일을 cp --sparse=never 등으로 copy 해서 none-sparse 파일로 만드는 방법도 있다.

이제 해당 문제를 보면서 접한 Filese with holes 가 무슨 뜻인지 좀 더 알아보도록 하자.

 

아래 내용은 개인 공부용으로 작성한 내용입니다.
내용이 틀리거나 부족할 수 있어 참고시 주의 부탁드립니다.

Files with Holes

Files with Holes는 Sparse File 이라고 불리기도 한다.
Sparse File이란, 파일 생성할 때 지정하는 크기대로 물리적인 영역을 할당하지 않고, 실질적인 데이터 write가 있을 때만 block을 할당하는 방식의 파일을 의미한다. 디스크 공간을 효율적으로 쓸 수 있다는 장점이 있다.

image from https://en.wikipedia.org/wiki/Sparse_file

위 사진과 같이 실질적으로 물리 disk를 점유한 파일 크기가 Logical 파일 크기보다 작다.

 

Sparse File 생성하고 Physical / Logical Size 비교해 보기

Sparse File을 생성하는 방법은 여러가지가 있으나 나는 익숙한 dd 명령어를 사용했다.
dd 명령어에서 seek 옵션을 주면 시작 지점에서 지정한 만큼의 block 을 건너뛴다. (hole을 만든다.)

[root@server-1-lab ~]# dd if=/dev/zero of=sparse_file bs=1 count=0 seek=200M
0+0 records in
0+0 records out
0 bytes (0 B) copied, 1.9797e-05 s, 0.0 kB/s

 

이렇게 생성한 파일을 ls -lsh 로 확인하면 다음과 같다.
--> -s : 물리적으로 실제로 할당된 block을 나타냄
첫번째 항목을 보면 물리적인 파일 크기가 0 이다.

[root@server-1-lab ~]# ls -lskh sparse_file
0 -rw-r--r--. 1 root root 200M Aug 29 21:57 sparse_file

 

stat 명령어로도 Blocks 항목이 0 이다.
실제로 데이터 write하여 점유한 디스크 영역이 없다.

[root@server-1-lab ~]# stat sparse_file
  File: 'sparse_file'
  Size: 209715200       Blocks: 0          IO Block: 4096   regular file
Device: fc01h/64513d    Inode: 4208089     Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
Access: 2022-08-29 22:14:59.206901739 +0900
Modify: 2022-08-29 21:57:17.097315605 +0900
Change: 2022-08-29 21:57:17.097315605 +0900
 Birth: -

 

이제 파일에 데이터를 write 해 본다.
다음과 같이 간단한 스크립트를 작성하여 실행 했다.

[root@server-1-lab ~]# cat wglee.sh
#!/bin/bash

for i in {1..500};
do
  echo "This is a Text $i" >> /root/sparse_file
done

 

Blocks 수치가 0 에서 128로 증가했다.
다만  Logical Size도 같이 증가했는데... Logical Size는 동일해야 하지 않나 싶다. 이것은 좀 의문이다.

 [root@server-1-lab ~]# stat sparse_file
  File: 'sparse_file'
  Size: 209724592       Blocks: 128        IO Block: 4096   regular file
Device: fc01h/64513d    Inode: 4208089     Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
Access: 2022-08-29 22:14:59.206901739 +0900
Modify: 2022-08-29 22:19:20.010679119 +0900
Change: 2022-08-29 22:19:20.010679119 +0900
 Birth: -

 

( 추가 )
hexdump 라는걸 이용해서 파일의 내용을 16진수로 확인해 보았다.
sparse_file을 head로 봤을 때는 zero (hole) 로 채워져 있고
tail 로 봤을 때 문자열이 들어가 있다.
나는 sparse 파일에 데이터 쓰기가 일어나면 zero로 채워진 hole 영역이 데이터로 치환 되는 줄 알았는데
그게 아니라 파일의 뒷부분에 write 되는 것으로 보여진다.

[root@server-1-lab ~]# hexdump -vC sparse_file > wglee_sparse_hexdump
0c7fff40  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fff50  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fff60  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fff70  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fff80  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fff90  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fffa0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fffb0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fffc0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fffd0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7fffe0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c7ffff0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
0c800000  54 68 69 73 20 69 73 20  61 20 54 65 78 74 20 31  |This is a Text 1|
0c800010  0a 54 68 69 73 20 69 73  20 61 20 54 65 78 74 20  |.This is a Text |
0c800020  32 0a 54 68 69 73 20 69  73 20 61 20 54 65 78 74  |2.This is a Text|
0c800030  20 33 0a 54 68 69 73 20  69 73 20 61 20 54 65 78  | 3.This is a Tex|
0c800040  74 20 34 0a 54 68 69 73  20 69 73 20 61 20 54 65  |t 4.This is a Te|
0c800050  78 74 20 35 0a 54 68 69  73 20 69 73 20 61 20 54  |xt 5.This is a T|
0c800060  65 78 74 20 36 0a 54 68  69 73 20 69 73 20 61 20  |ext 6.This is a |
0c800070  54 65 78 74 20 37 0a 54  68 69 73 20 69 73 20 61  |Text 7.This is a|
0c800080  20 54 65 78 74 20 38 0a  54 68 69 73 20 69 73 20  | Text 8.This is |

 

참고 문서

• https://super-unix.com/unixlinux/linux-what-are-the-holes-in-files-created-with-fallocate/
• https://askubuntu.com/questions/1017309/fallocate-vs-dd-for-swapfile
• https://askubuntu.com/questions/269480/why-does-ls-l-output-a-different-size-from-ls-s
• https://meetup.toast.com/posts/37