Dateisystem

Übersicht

X-Plane, ein datenintensiver Flugsimulator, stellt hohe Anforderungen an Speicherbandbreite und Zugriffszeiten, insbesondere bei der Nutzung umfangreicher Szenerien, hochauflösender Texturen und Add-ons. Die Organisation von Partitionen auf SSDs oder mehreren Festplatten sowie die Wahl des Dateisystems unter Linux beeinflussen die Performance erheblich. Dieses Kapitel erläutert, wie Partitionen auf SSDs, verteilte Daten auf mehreren Laufwerken und Dateisysteme unter Linux optimiert werden können, um die beste Leistung für X-Plane zu erzielen.

Hardware-Empfehlungen

SSD-Typen und Größen

Für optimale Performance wird eine NVMe-SSD (PCIe 3.0 oder besser 4.0) mit mindestens 1 TB Kapazität empfohlen. NVMe-SSDs (Non-Volatile Memory Express) bieten mit bis zu 7000 MB/s (PCIe 4.0) deutlich höhere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten als SATA-SSDs, die maximal 550 MB/s erreichen. Die höhere Geschwindigkeit wird durch eine direkte Verbindung zum PCIe-Bus erreicht, wodurch der langsamere SATA-Interface umgangen wird.

Die Mindestgröße von 1 TB ist empfehlenswert, da X-Plane selbst etwa 100-150 GB benötigt und Szenerien sowie Add-ons schnell mehrere hundert GB belegen können. Zusätzlich ist ein freier Speicherplatz von mindestens 20% für optimale Performance erforderlich, da SSDs diesen Overhead für Wear Leveling (Verschleißausgleich) und Garbage Collection (Speicherbereinigung) benötigen.

Multi-Laufwerk-Konfigurationen

Eine Kombination aus SSD und HDD bietet eine praktische Lösung für die Speicherung von X-Plane-Daten. Das Hauptprogramm und häufig genutzte Szenerien sollten auf der SSD gespeichert werden, während selten benötigte Szenerien oder Backups auf der HDD liegen können. Die Verteilung von X-Plane-Daten auf verschiedene SSDs ermöglicht eine Lastbalancierung durch parallele Arbeit der Laufwerke. Diese Konfiguration erhöht jedoch die Komplexität im Dateimanagement und kann zu geringfügig längeren Ladezeiten führen.

Multi-SSD-Konfigurationen mit RAID

Für Nutzer, die maximale Performance anstreben, bietet die Kombination mehrerer SSDs in einem RAID-Verbund (Redundant Array of Independent Disks) interessante Möglichkeiten. Die häufigsten Konfigurationen sind RAID-0 und RAID-1, wobei jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat.

RAID-0 (Striping) verteilt die Daten über alle SSDs und bietet die höchste Performance, da die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten nahezu linear mit der Anzahl der SSDs skalieren. Bei drei SSDs kann die Performance nahezu verdreifacht werden. Allerdings bietet RAID-0 keine Redundanz – ein Ausfall einer SSD führt zum Verlust aller Daten. Diese Konfiguration ist besonders für X-Plane interessant, da die Performance-Vorteile bei großen Szenerien und komplexen Flughäfen spürbar sind. Die fehlende Redundanz erfordert jedoch eine sorgfältige Backup-Strategie.

RAID-1 (Mirroring) speichert die Daten redundant auf allen SSDs. Die Performance entspricht dabei der einer einzelnen SSD, aber die Daten sind vor Ausfällen geschützt. Diese Konfiguration ist besonders sinnvoll, wenn die Datenintegrität wichtiger ist als die maximale Performance. Allerdings wird die verfügbare Kapazität durch die Anzahl der SSDs geteilt – bei drei SSDs steht nur ein Drittel der Gesamtkapazität zur Verfügung.

Eine interessante Alternative ist die Kombination von RAID-0 und RAID-1 in einem RAID-10-Setup. Dies erfordert mindestens vier SSDs, bietet aber sowohl hohe Performance als auch Redundanz. Die Daten werden über zwei RAID-0-Arrays gestreift, die wiederum gespiegelt werden. Die Performance liegt zwischen der eines einzelnen RAID-0 und eines RAID-1, während die Redundanz erhalten bleibt.

Bei der Planung eines RAID-Setups sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:

Alle SSDs sollten identisch sein (gleiche Kapazität und Geschwindigkeit)
Die Gesamtkapazität muss ausreichend für X-Plane und alle Szenerien sein
Die Wahl des Dateisystems (Btrfs, ZFS) kann die RAID-Funktionalität beeinflussen

Eine detaillierte Anleitung zur Einrichtung eines RAID-0-Setups findet sich im Abschnitt Praktisches Beispiel: RAID-0 mit drei SSDs.

Dateisystem-Typen

Das Standard-Dateisystem Ext4 für die meisten Linux-Distributionen bietet eine gute Balance zwischen Performance und Stabilität. Es ist für X-Plane eine sichere Wahl, da es schnelle Lese- und Schreibzugriffe unterstützt und für SSDs optimiert werden kann. Ext4 enthält Features wie Journaling (für Datenintegrität), Extents (für bessere Handhabung großer Dateien) und Delayed Allocation (für verbesserte Performance).

Btrfs bietet moderne Features wie Snapshots (zeitpunktgenaue Kopien des Dateisystems) und Datenintegritätsprüfungen (mit Prüfsummen), die besonders für X-Plane-Installationen von Vorteil sein können. Es unterstützt Kompression und ist komplexer zu verwalten, kann aber bei intensiven Schreibvorgängen geringfügig langsamer sein als ext4. Btrfs enthält zudem eingebaute RAID-Unterstützung und Subvolume-Management.

XFS ist ein leistungsstarkes Journaling-Dateisystem, das besonders gut für große Dateien geeignet ist. Es bietet hervorragende Performance bei sequentiellen Lesevorgängen und ist ideal für X-Plane-Szenerien mit großen Texturdateien. XFS ist bekannt für seine Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, besonders bei großen Dateien und hohen I/O-Lasten.

Optimierungen

Die Verwendung einer einzelnen Partition auf einer SSD vereinfacht die Verwaltung und ermöglicht X-Plane schnellen Zugriff auf alle Daten. Moderne SSDs, insbesondere NVMe-Modelle, erleiden keine nennenswerten Performance-Einbußen durch Fragmentierung. Bei mehreren Partitionen auf einer SSD entsteht ein minimaler Overhead durch Partitionswechsel. Dieser Einfluss ist bei leistungsstarken SSDs meist vernachlässigbar. Dennoch wird empfohlen, X-Plane und zugehörige Daten auf einer Partition zu speichern.

Die richtigen Mount-Optionen können die Performance erheblich verbessern. Die Option noatime reduziert unnötige Schreibzugriffe, indem sie die Zugriffszeiten von Dateien nicht aktualisiert, während discard TRIM (ein Befehl, der SSDs bei der Verwaltung freien Speicherplatzes hilft) für SSDs aktiviert und autodefrag die Dateianordnung für große Dateien optimiert. Diese Optionen können in der /etc/fstab konfiguriert werden. Für optimale SSD-Performance sollten regelmäßige SSD-Gesundheitsüberprüfungen durchgeführt und aktuelle Treiber sowie Kernel-Updates verwendet werden.

Praktisches Beispiel: RAID-0 mit drei SSDs

Ein Nutzer, der X-Plane auf einem Linux-System mit drei SSDs betreibt, kann ein RAID-0-Array mit dem Btrfs-Dateisystem einrichten, um die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten zu maximieren.

Wichtiger Hinweis: Nicht alle Linux-Distributionen unterstützen Btrfs-RAID-0 gleich gut. Besonders gut getestet sind Ubuntu, Fedora und openSUSE.

Voraussetzungen

Für die Einrichtung eines RAID-0-Arrays werden drei identische SSDs (gleiche Kapazität und Geschwindigkeit) benötigt, idealerweise NVMe-SSDs. Das System sollte eine aktuelle Linux-Distribution wie Ubuntu 24.04 verwenden und das Paket btrfs-progs installiert haben. Root- oder Sudo-Rechte sind erforderlich. Wichtig zu beachten ist, dass alle Daten auf den SSDs gelöscht werden – vorab sollten daher unbedingt Backups erstellt werden.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

SSDs identifizieren
```
lsblk
```
Angenommen, die SSDs sind /dev/sda, /dev/sdb und /dev/sdc. Es ist sicherzustellen, dass keine Partitionen oder Daten auf diesen Laufwerken vorhanden sind.
Partitionen löschen (falls vorhanden)
```
sudo wipefs -a /dev/sda
sudo wipefs -a /dev/sdb
sudo wipefs -a /dev/sdc
```
Dies entfernt alle vorhandenen Dateisysteme und Partitionen.
RAID-0 mit Btrfs erstellen
```
sudo mkfs.btrfs -d raid0 -m raid1 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc
```
- -d raid0: Daten werden im RAID-0-Modus über alle drei SSDs gestreift
- -m raid1: Metadaten werden im RAID-1-Modus gespeichert (für zusätzliche Sicherheit der Dateisystem-Metadaten)
- /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc: Die drei SSDs, die das Array bilden
Mount-Punkt erstellen und Dateisystem mounten
```
sudo mkdir /mnt/xplane
sudo mount /dev/sda /mnt/xplane
```
Da Btrfs ein Multi-Device-Dateisystem ist, reicht es, eines der Geräte zu mounten – Btrfs erkennt automatisch die anderen Geräte des Arrays.
Btrfs-Status überprüfen
```
sudo btrfs filesystem show /mnt/xplane
```
Die Ausgabe zeigt die drei SSDs und bestätigt, dass die Daten im RAID-0-Modus gestreift werden.
TRIM aktivieren In /etc/fstab wird folgende Zeile hinzugefügt:
```
UUID=<btrfs-uuid> /mnt/xplane btrfs defaults,discard 0 2
```
Die UUID wird mit folgendem Befehl ermittelt:
```
sudo blkid /dev/sda
```
Berechtigungen anpassen
```
sudo chown $USER:$USER /mnt/xplane
```
X-Plane installieren
```
cp -r /path/to/xplane /mnt/xplane/
```

Optimierung für X-Plane Die Mount-Optionen in /etc/fstab werden erweitert:

UUID=<btrfs-uuid> /mnt/xplane btrfs defaults,discard,noatime,autodefrag 0 2

System neustarten und testen
```
sudo reboot
```
Nach dem Neustart wird der Mount-Status überprüft:
```
df -h /mnt/xplane
```

Performance-Vorteile und Wichtige Hinweise

Durch das RAID-0-Setup mit drei SSDs wird eine nahezu dreifache Lese- und Schreibgeschwindigkeit im Vergleich zu einer einzelnen SSD erreicht. Dies führt zu kürzeren Ladezeiten für Szenerien, schnellerem Textur-Streaming und einem flüssigeren Erlebnis in komplexen Umgebungen.

Alle drei SSDs müssen identisch sein, sowohl in der Kapazität als auch in der Geschwindigkeit. Der Zustand der SSDs sollte regelmäßig überprüft werden, beispielsweise mit dem Befehl sudo smartctl -a /dev/sda.

Backup-Strategien

Die Sicherung der X-Plane-Daten ist ein kritischer Aspekt der Systemkonfiguration, besonders bei RAID-0-Setups ohne Redundanz. Eine effektive Backup-Strategie umfasst regelmäßige Sicherungen wichtiger Konfigurationsdateien und Einstellungen (täglich), vollständige Sicherungen aller X-Plane-Daten inklusive Szenerien und Add-ons (wöchentlich) sowie die Archivierung der wöchentlichen Backups für die langfristige Aufbewahrung (monatlich).

Als Backup-Medien eignen sich externe SSDs für schnelle Backups und Wiederherstellungen, NAS/RAID-Systeme für redundante Speicherung und Netzwerkzugriff sowie Cloud-Speicher für zusätzliche Sicherheit und Zugriff von verschiedenen Standorten. Zu den wichtigsten Backup-Inhalten gehören das X-Plane-Hauptprogramm und Konfigurationsdateien, Szenerien und Add-ons, Benutzerdaten und Einstellungen sowie Log-Dateien für die Fehleranalyse.

Für automatisierte Backups werden Tools wie rsync oder borg verwendet:

# Beispiel für ein tägliches Backup mit rsync
rsync -av --delete /mnt/xplane/ /backup/xplane/daily/

# Beispiel für ein wöchentliches Backup mit borg
borg create /backup/xplane/weekly::$(date +%Y-%m-%d) /mnt/xplane/

Regelmäßige Wiederherstellungstests werden durchgeführt, um die Integrität der Backups zu überprüfen. Der Wiederherstellungsprozess wird dokumentiert und die notwendigen Tools werden bereitgehalten.

Fazit

Die optimale Konfiguration für X-Plane unter Linux besteht aus einer einzelnen Partition auf einer schnellen NVMe-SSD mit dem Ext4-Dateisystem. Aktiviertes TRIM und optimierte Mount-Optionen sowie ausreichend freier Speicherplatz sind weitere wichtige Faktoren. Diese Konfiguration minimiert Ladezeiten und gewährleistet ein flüssiges Flugerlebnis in X-Plane.

Für Nutzer, die maximale Performance anstreben, bietet ein RAID-0 mit Btrfs auf drei SSDs eine leistungsstarke Alternative. Die Konfiguration minimiert Ladezeiten und optimiert das Streaming von Szenerien. Durch die Verwendung von Btrfs mit TRIM, noatime und autodefrag wird die SSD-Leistung langfristig erhalten. Eine sorgfältig geplante Backup-Strategie ist dabei unerlässlich, um Datenverluste zu vermeiden und die Kontinuität des Flugbetriebs zu gewährleisten.