Структура логического диска под управлением ос unix

Обновлено: 04.07.2024

UNIX зародился в лаборатории Bell Labs фирмы AT&T более 20 лет назад.

UNIX – это многопользовательская, многозадачная ОС, включает в себя достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. Написана на языке С и является машинно-независимой, что обеспечивает ее высокую мобильность и легкую переносимость прикладных программ на ПК различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX является ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов.

Поддерживает иерархическую файловую структуру, виртуальную память, многооконный интерфейс, многопроцессорные системы, многопользовательскую систему управления базами данных, неоднородные вычислительные сети.

ОС UNIX имеет следующие основные характеристики:

- вытесняющая многозадачность на основе процессов, работающих в изолированных адресных пространствах в виртуальной памяти;

- поддержка одновременной работы многих пользователей;

- поддержка асинхронных процессов;

- иерархическая файловая система;

- поддержка независимых от устройств операций ввода-вывода (через специальные файлы устройств);

- стандартный интерфейс для программ (программные каналы, IPC) и пользователей (командный интерпретатор, не входящий в ядро ОС);

- встроенные средства учета использования системы.

Архитектура ОС UNIX - многоуровневая. На нижнем уровне работает ядрооперационной системы. Функции ядра ( управление процессами, памятью, обработка прерываний и т.д. ) доступны через интерфейс системных вызовов, образующих второй уровень. Системные вызовы обеспечивают программный интерфейс для доступа к процедурам ядра. На следующем уровне работают командные интерпретаторы, команды и утилиты системного администрирования, коммуникационные драйверы и протоколы, - все то, что обычно относят к системному программному обеспечению. Внешний уровень образуют прикладные программыпользователя, сетевые и другие коммуникационные службы, СУБД и утилиты.

Операционная система выполняет две основные задачи: манипулирование данными и их хранение. Большинство программ в основном манипулирует данными, но, в конечном счете, они где-нибудь хранятся. В системе UNIX таким местом хранения является файловая система. Более того, в UNIX все устройства, с которыми работает операционная система, также представлены в виде специальных файлов в файловой системе.

Логическая файловая система в ОС UNIX (или просто файловая система) - это иерархически организованная структура всех каталогов и файлов в системе, начинающаяся с корневого каталога. Файловая система UNIX обеспечивает унифицированный интерфейс доступа к данным, расположенным на различных носителях, и к периферийным устройствам. Логическая файловая система может состоять из одной или нескольких физических файловых (под)систем, являющихся разделами физических носителей (дисков, CD-ROM или дискет).

Файловая система контролирует права доступа к файлам, выполняет операции создания и удаления файлов, а также выполняет запись/чтение данных файла. Файловая система обеспечивает перенаправление запросов, адресованных периферийным устройствам, соответствующим модулям подсистемы ввода-вывода.

Иерархическая структура файловой системы UNIX упрощает ориентацию в ней. Каждый каталог, начиная с корневого (/), в свою очередь, содержит файлы и подкаталоги.

В ОС UNIX нет теоретических ограничений на количество вложенных каталогов, но есть ограничения на максимальную длину имени файла, которое указывается в командах - 1024 символов.

В UNIX существует несколько типов файлов, различающихся по функциональному назначению:

Обычный файл -наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. К этим файлам относятся текстовые файлы, двоичные данные и выполняемые программы.

Каталог-это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию, позволяющие операционной системе производить действия с этими файлами. С помощью каталогов формируется логическое дерево файловой системы.

Специальный файл устройства -Обеспечивает доступ к физическим устройствам. Доступ к устройствам осуществляется путем открытия, чтения и записи в специальный файл устройства.

FIFO - именованный канал.Этот файл используется для связи между процессами по принципу очереди.

Сокет-позволяют представить в виде файла сетевое соединение.

Каждый файл в ОС UNIX содержит набор прав доступа, по которому определяется, как пользователь взаимодействует с данным файлом.

Каждый жесткий диск состоит из одной или нескольких логических частей - разделов. Расположение и размер раздела определяется при форматировании диска. В ОС UNIX разделы выступают в качестве независимых устройств, доступ к которым осуществляется как к различным носителям данных. В разделе может располагаться только одна физическая файловая система.

Имеется много типов физических файловых систем, например FAT16 и NTFS, с разной структурой. Более того, имеется множество типов физических файловых систем UNIX (ufs, s5fs, ext2, vxfs, jfs, ffs и т.д.).

В материалах нескольких предыдущих семинаров (семинары 1–2, семинар 5) уже затрагивались вопросы работы с файлами в UNIX . Но только теперь, пояснив в лекции понятие файловой системы, мы можем рассмотреть файловую систему UNIX в целом. Наш обзор, правда, ограничится общими вопросами, связанными с организацией файловой системы, и системными вызовами, которые с наибольшей вероятностью могут пригодиться в дальнейшем. Это связано как с ограниченностью времени, которое отводится на работу с файловыми системами в нашем курсе, так и с преимущественно практическим направлением наших занятий.

Разделы носителя информации (partitions) в UNIX

Физические носители информации – магнитные или оптические диски, ленты и т.д., использующиеся как физическая основа для хранения файлов, в операционных системах принято логически делить на разделы (partitions) или логические диски . Причем слово "делить" не следует понимать буквально, в некоторых системах несколько физических дисков могут быть объединены в один раздел . Об этом подробнее рассказывается в лекции 12 в разделе "Общая структура файловой системы".

В операционной системе UNIX физический носитель информации обычно представляет собой один или несколько разделов . В большинстве случаев разбиение на разделы производится линейно, хотя некоторые варианты UNIX могут допускать некое подобие древовидного разбиения (Solaris). Количество разделов и их размеры определяются при форматировании диска. Поскольку форматирование диска относится к области администрирования операционных систем, оно в нашем курсе рассматриваться не будет.

Наличие нескольких разделов на диске может определяться требованиями операционной системы или пожеланиями пользователя. Допустим, пользователь хочет разместить на одном жестком диске несколько операционных систем с возможностью попеременной работы в них, тогда он размещает каждую операционную систему в своем разделе . Или другая ситуация: необходимость работы с несколькими видами файловых систем. Под каждый тип файловой системы выделяется отдельный логический диск . Третий вариант – это разбиение диска на разделы для размещения в разных разделах различных категорий файлов. Скажем, в одном разделе помещаются все системные файлы, а в другом разделе – все пользовательские файлы. Примером операционной системы, внутренние требования которой приводят к появлению нескольких разделов на диске, могут служить ранние версии MS-DOS , для которых максимальный размер логического диска не превышал 32 Мбайт.

Для простоты далее в этих семинарах будем полагать, что у нас имеется только один раздел и, следовательно, одна файловая система . Вопросы взаимного сосуществования нескольких файловых систем в рамках одной операционной системы мы затронем в семинарах 13–14 перед обсуждением реализации подсистемы ввода-вывода.

Логическая структура файловой системы и типы файлов в UNIX

Мы не будем давать здесь определение файла, полагая, что интуитивное представление о файлах у вас имеется, а в лекции 11 (раздел "Введение") было введено понятие о файлах, как об именованных абстрактных объектах, обладающих определенными свойствами. При этом в пространстве имен файлов одному файлу могут соответствовать несколько имен.

В материалах семинаров 1-2 упрощенно говорилось о том, что файлы могут объединяться в директории , и что файлы и директории организованы в древовидную структуру. На нынешнем уровне знаний мы можем сформулировать это более аккуратно. В операционной системе UNIX существуют файлы нескольких типов, а именно:

обычные или регулярные файлы ;
директории или каталоги;
файлы типа FIFO или именованные pip 'ы;
специальные файлы устройств ;
сокеты (sockets);
специальные файлы связи (link).

Что такое регулярные файлы и директории , вам должно быть хорошо известно из личного опыта и из лекций (лекция 11). О способах их отображения в дисковое пространство речь пойдет чуть позже. Файлы типа FIFO были представлены в семинаре 5, когда рассматривалась работа с именованными pip 'ами (раздел "Понятие FIFO . Использование системного вызова mknod() для создания FIFO . Функция mkfifo ()"). Файлы типа "связь" мы представим в этом семинаре, когда будем обсуждать операции над файлами (раздел " Операции над файлами и директориями ") и соответствующие им системные вызовы (раздел "Системные вызовы и команды для выполнения операций над файлами и директориями "). О специальных файлах устройств будет рассказано в материалах семинаров 13–14, посвященных реализации в UNIX подсистемы ввода-вывода и передаче информации с помощью сигналов. Файлы типа "сокет" будут введены в семинарах 15–16, когда мы будем рассматривать вопросы сетевого программирования в UNIX .

Файлы всех перечисленных типов логически объединены в ациклический граф с однонаправленными ребрами, получающийся из дерева в результате сращивания нескольких терминальных узлов дерева или нескольких его нетерминальных узлов таким образом, чтобы полученный граф не содержал циклов. В нетерминальных узлах такого ациклического графа (т.е. в узлах, из которых выходят ребра) могут располагаться только файлы типов " директория " и "связь" . Причем из узла, в котором располагается файл типа "связь" , может выходить только ровно одно ребро . В терминальных узлах этого ациклического графа (т.е. в узлах, из которых не выходит ребер) могут располагаться файлы любых типов (см. рис. 11–12.1), хотя присутствие в терминальном узле файла типа "связь" обычно говорит о некотором нарушении целостности файловой системы.

В отличие от древовидной структуры набора файлов, где имена файлов связывались с узлами дерева, в таком ациклическом графе имя файла связывается не с узлом, соответствующим файлу, а с входящим в него ребром. Ребра, выходящие из узлов, соответствующих файлам типа "связь" , являются неименованными. Надо отметить, что практически во всех существующих реализациях UNIX -подобных систем в узел графа , соответствующий файлу типа " директория ", не может входить более одного именованного ребра, хотя стандарт на операционную систему UNIX и не запрещает этого. Правила построения имен ребер (файлов) рассматривались в семинарах 1-2. В качестве полного имени файла может использоваться любое имя, получающееся при прохождении по ребрам от корневого узла графа (т.е. узла, в который не входит ни одно ребро ) до узла, соответствующего этому файлу, по любому пути с помощью следующего алгоритма:

Если интересующему нас файлу соответствует корневой узел, то файл имеет имя " / ".
Берем первое именованное ребро в пути и записываем его имя, которому предваряем символ " / ".
Для каждого очередного именованного ребра в пути приписываем к уже получившейся строке справа символ " / " и имя соответствующего ребра.

Полное имя является уникальным для всей файловой системы и однозначно определяет соответствующий ему файл .

В сегодняшней статье своего блога k-max.name я бы хотел поделиться с общественностью описанием структуры файловой системы в ОС Linux, а так же описанием основных каталогов, их назначения и использования в операционной системе.

Введение в файловую систему

Операционная система (далее - ОС) Linux поддерживает множество файловых систем, в настоящее время наиболее широко используются: ext2, ext3,ext4, reiserfs. Так же, современные ОС Linux совместимы с файловыми системами (ФС далее), используемыми ОС Windows, такими как NTFS и FAT32, но использование данных ФС в Linux крайне не желательно по причине того, что данные ФС разрабатывались под ОС Windows и поддержка Windows-разделов ядром Linux реализована с помощью сторонних утилит/драйверов/модулей, что накладывает некоторые ограничения (например, согласно проекту Linux-NTFS на момент написания статьи на разделах с NTFS поддерживается практически только чтение (запись — лишь в существующие файлы без изменения их размера), так же ОС Linux не имеет возможности разграничивать права доступа к файлам на разделах NTFS. Данная ситуация со временем может поменяться.

Базовые понятия

Начну с общей структуры файловой системы. ФС Linux/UNIX физически представляет собой пространство раздела диска разбитое на блоки фиксированного размера, кратные размеру сектора — 1024, 2048, 4096 или 8120 байт. Размер блока указывается при создании файловой системы.

Управлением обмена данными между ядром/приложениями и собственно байтами на диске занимается 2 базовых технологии, называемые виртуальная файловая система (VFS) и драйверы файловых систем. Виртуальная файловая система - это часть ядра linux, которая является неким абстрактным слоем (интерфейсам взаимодействия, если хотите) между ядром и конкретной реализацией файловой системы (ext2, fat32. ). Данная технология позволяет ядру и приложениям взаимодействовать с файловой системой не учитывая подробностей работы конкретной файловой системы и управлять файловыми операциями с помощью типовых команд - прозрачно. Часто, VFS называют виртуальный коммутатор файловых систем. Виртуальная файловая система так же осуществляет стыковку блочных устройств с имеющимися файловыми системами.

Список поддерживаемых Вашим ядром Linux файловых систем можно увидеть в файле /proc/filesystems.

Структура каталогов и другие базовые понятия

Структуру каталогов, в общем случае можно представить в виде следующей схемы:

Данная схема отображает то, что у одного объекта файловой системы (файла) может быть несколько путей. Грубо говоря, несколько файлов в структуре каталогов Linux могут быть физически одним файлом на диске. Или же другими словами, 1 физический файл на диске может иметь несколько имен (путей). Это достигается тем, что в файловой системе каждый файл идентифицируется уникальным номером, называемым Inode (инод = Индексный дескриптор).

Отсюда можно сделать вывод, что структура файловой системы отчасти иерархична. Или лучше сказать - "перекрестно-иерархическая", потому что дерево иерархии за счет того, что один объект может иметь несколько путей, может пересекаться.

В файловой структуре Linux имеется один корневой раздел - / (он же root, корень). Все разделы жесткого диска (если их несколько) представляют собой структуру подкаталогов, "примонтированых" к определенным каталогам, схематично это можно представить следующим образом:

Операция монтирования служит для того, чтобы сделать доступной файловую систему, расположенную на каком-либо блочном устройстве. Суть операции монтирования заключается в том, что ядро ассоциирует некоторый каталог (называемый точкой монтирования) с устройством, содержащем файловую систему и драйвером файловой системы. Для этого оно передает ссылку на блочное устройство - драйверу файловой системы, и в случае, если драйвер успешно проидентифицировал эту файловую систему, ядро заносит в специальную таблицу монтирования информацию о том, что все файлы и каталоги, чей полный путь начинается с указанной точки монтирования, обслуживаются соответствующим драйвером файловой системы и расположены на указанном блочном устройстве. Посмотреть таблицу примонтированных файловых систем можно через файл /proc/mounts .

Примечание. Вообще говоря, привязываться к блочному устройству в данном случае не обязательно. Устройство, которое монтируется может быть не только блочным. Может быть, например, сетевым (если монтируется NFS или SMB\CIFS).

Посмотреть сколько файл имеет ссылок и инод файла можно командой:

в приведенном примере первый столбец (значения 193,1,197) есть инод, а третий столбец (значения 1) есть количество ссылок на файл (читаем: путей файла).

Инод, как уже говорилось, уникален в пределах определенной файловой системы и содержит следующую информацию:

о владельце объекта ФС
последнем времени доступа
размере объекта ФС
указании файл это или каталог
права доступа

При перемещении файла утилитой mv в пределах одной файловой системы, инод файла остается неизменным (меняется только поле, описывающее имя путь файла), при перемещении файла в другую файловую систему сначала создается новый inod, а затем удаляется исходный.

Так же хочу отметить, что в линукс существует 2 вида ссылок:

Хардлинк, Hard-Link

Символьная (она же Симлинк от англ. Symbolic link, символическая ссылка) - это файл UNIX, содержащий в себе лишь текстовую строку - путь к оригинальному файлу, на который собственно ссылается.

Файл в Linux существует пока на inod существует хотя бы одно указание (1 путь/имя), как только из системы удаляется последнее указание на inod, блоки, занимаемые файлом с данным inod "переходят" в свободный список (список блоков, доступных для выделения на диске). То есть блоки становятся свободным местом на диске.

В ФС UNIX есть такое понятие как суперблок. Суперблок - это своеобразный аналог FAT таблицы в ФС FAT32. Суперблок содержит в себе следующую информацию о файловой системе:

общее число блоков и индексных дескрипторов в файловой системе;
число свободных блоков и индексных дескрипторов в файловой системе;
размер блока файловой системы;
количество блоков и индексных дескрипторов в группе;
размер индексного дескриптора;
идентификатор файловой системы.

Суперблок размещается в первых 1024 байтах раздела, от его целостности зависит работоспособность ФС. ОС создает несколько копий суперблока для восстановления в случае повреждения оригинального и размещает их (копии) различных областях жесткого диска.

При загрузке, ядро ОС Linux после монтирования корневого раздела на чтение, автоматически примонтирует остальные разделы жесткого диска. Какие разделы необходимо примонтировать, ядро берет из конфигурационного файла /etc/fstab. Пример и описание файла fstab:

Более современный вариант:

Присмотревшись, можно увидеть, что в более современном варианте, устройства монтируются не по адресу устройства, а по UUID (идентификатору устройства). Это позволяет в случае смены жесткого диска, не перенастраивать fstab, а просто присвоить новому диску имеющийся UUID.

rw и ro указывают монтирование файловой системы в режиме чтения/записи или только для чтения.
noauto указывает, что файловая система не должна автоматически монтироваться при загрузке или при выдаче команды mount -a . В нашем примере эта опция применена для съемных устройств.
owner определяет, что пользователь, не имеющий прав root, может монтировать данную файловую систему (только если он является владельцем устройства) и демонтировать может только тот, кто смонтировал. Это особенно полезно для съемных носителей. Эта опция должна быть задана в /etc/fstab, а не в команде mount .
user определяет, что пользователь, не имеющий прав root, может монтировать данную файловую систему и демонтировать может только тот, кто смонтировал. Это особенно полезно для съемных носителей. Эта опция должна быть задана в /etc/fstab, а не в команде mount .
users определяет, что любой пользователь, не имеющий прав root, может монтировать данную файловую систему и демонтировать. Это особенно полезно для съемных носителей. Эта опция должна быть задана в /etc/fstab, а не в команде mount . exec или noexec определяют, позволять ли исполнение файлов из данной файловой системы. Для файловых систем, монтируемых пользователем, по умолчанию устанавливается значение noexec , если только после поля user не указано exec .
noatime отключает запись атрибута времени доступа к файлу. Это может повысить производительность.
nosuid устанавливает запуск исполняемых suid - файлов без повышения прав.

В файловой системе Linux существуют следующие типы файлов:

обычные файлы (текстовые, картинки и т.п.)
каталоги (это тоже тип файла, который содержит в себе список файлов, принадлежащий "себе")
блочные устройства (представляют собой "драйверы" устройств, позволяющие взаимодействовать с устройством. Блочное устройство производит чтение\запись в устройство блоками. Пример устройства: жесткие диски, дискеты и т.п.)
символьные устройства (представляют собой "драйверы" устройств, позволяющие взаимодействовать с устройством. Символьное устройство представляет собой любое не блочное устройство. Пример устройства: терминалы, принтеры и т.п.)

Тип файла в каталоге можно посмотреть командой ls с параметром -l.

Далее пойдет речь о стандартных каталогах Linux и назначении данных каталогов:

Имя исполняемого файла процесса в скобках;
Статус процесса;
Идентификатор процесса
Идентификатор родительского процесса
Идентификатор группы процессов процесса
и др.

Вот, в кратце, о назначении каталогов Linux. В последующем данная таблица будет наполняться по мере моего изучения ОС LINUX. Хочу отметить, что у некоторых дистрибутивов структура каталогов может несколько различаться, добавляться другие каталоги. Но в общем случае структура имеет вид, указанный выше.

На сегодня все. В следующей статье будет сделана шпаргалка по основным командам Linux.

Что еще почитать:

upd 2010.10.21: добавил информацию о Inode
upd 2010.11.10: добавил иллюстрацию хард-линк, а так же информацию о процессах в ФС proc
upd 2011.05.19: добавил информацию о ФС proc
upd 2013.03.18: добавил доп литературу
upd 2013.04.25: статья доработана

Ядро операционной системы Linux содержит целый набор предустановленных файловых систем, каждая из которых помогает пользователю успешно решать стоящие перед ним задачи.

В зависимости от того, что необходимо, — быстродействие, высокая гарантия восстановления данных или производительность, можно выбрать стандартную файловую систему для конкретного раздела, специальную или виртуальную. Разобрались, как устроены файловые системы Linux, чем они отличаются и в каких случаях применяются.

Файловые системы в операционной системе Linux. Базовые понятия

ОС Linux предоставляет выбор еще на стадии установки: в ядро системы встроены разные файловые системы (ФС). При этом пользователь должен выбрать ту, что отвечает его требованиям и задачам. Перед теми, кто использует Windows, такой вопрос не стоит — эту ОС можно установить только на NTFS. Отличается от Windows и иерархическое устройство самих ФС, и структура каталогов.

Linux поддерживает деление жесткого диска на разделы. Для подсчета и определения физических границ используется специальная таблица разделов — GPT или MBR. Она содержит метку и номер раздела, а также адреса физического расположения точек начала и конца раздела.

Организация файловой системы Linux

В Linux на каждый раздел можно установить свою ФС, которая отвечает за порядок и способ организации информации. В основе файловых систем лежит набор правил, определяющий, где и каким образом хранятся данные. Следующий «слой» ФС — практический (технический) способ организации информации на каждом конкретном типе носителя (опять же, учитывая правила, заложенные в основу системы).

От выбора файловой системы зависят:

скорость работы с файлами;
их сохранность;
скорость записи;
размер файлов.

Тип ФС также определяет, будут ли данные храниться в оперативной памяти (ОП) и как именно пользователь сможет изменить конфигурацию ядра.

Файловая система (ФС) — архитектура хранения данных, которые могут находиться в разделах жесткого диска и ОП. Выдает пользователю доступ к конфигурации ядра. Определяет, какую структуру принимают файлы в каждом из разделов, создает правила для их генерации, а также управляет файлами в соответствии с особенностями каждой конкретной ФС.

ФС Linux — пространство раздела, поделенное на блоки определенного размера. Он определяется кратностью размеру сектора. Соответственно, это могут быть 1024, 2048, 4096 или 8120 байт. Важно помнить, что размер каждого блока известен изначально, ограничен максимальным размером ФС и зависит от требований, которые выдвигает пользователь к каждому из блоков.

Для обмена данными существует сразу два способа. Первый из них — виртуальная файловая система (VFS). С помощью данного типа ФС происходит совместная работа ядра и приложений, установленных в системе. VFS позволяет пользователю работать, не учитывая особенности каждой конкретной ФС. Второй способ — драйверы файловых систем. Именно они отвечают за связь между «железом» и софтом.

Список файловых систем, которые поддерживаются ядром, находится в файле /proc/filesystems:

Структура и иерархия файловой системы. Структура каталога

Файловая система в Linux определяет также организацию расположения файлов, по сути представляя собой иерархическую структуру «дерева»: начинается с корневого каталога «/» и разрастается ветвями в зависимости от работы системы.

ФС также характерно понятие целостности: в такой системе изменения, внесенные в один файл, не приведут к изменению другого файла, не связанного с первым. У всех данных есть собственная физическая память. В Linux целостность ФС проверяется специальной командой — fsck.

Типы файлов условно можно разделить на несколько групп. Некоторые из них такие же, как и в ОС Windows, — текстовые документы, медиа и изображения. Отличия начинаются с каталогов, которые являются отдельным типом файлов. Жесткие диски относят к блочным устройствам. Принтеры — к символьным. Отдельную группу составляют символические ссылки, о которых речь пойдет ниже. К типам файлов относится каналы межпроцессного взаимодействия — PIPE (FIFO), а также гнезда (разъемы центрального процессора).

Тип файла определяется с помощью команды ls (параметр -l).

В ФС каждый файл определяется конкретным индексом — Inode (от англ. index node — «индексный дескриптор»). Но при этом один файл (речь о физическом размещении) может иметь сразу несколько имен (или путей). И если в структуре ФС файлы будут отличаться, то на жестком диске им может соответствовать один файл. Это означает, что ФС Linux перекрестно-иерархична, а ветви дерева могут пересекаться.

Корневой раздел в Linux один — «/» (root, «корень)». Разделы называются подкаталогами, примонтированными к соответствующим каталогам. Типовая структура каталогов (первых двух уровней), примонтированных к корневому каталогу Linux для сервера, представленного компанией Selectel, выглядит так:

При монтировании происходит ассоциирование каталога с устройством, содержащим ФС (драйвер). Соответствующая ссылка на устройство передается драйверу. Именно он и определяет ФС. Если процедура завершается успешно, ядро заносит информацию (каким драйвером обслуживаются и где расположены файлы и каталоги) в таблицу монтирования. Она находится в файле /proc/mounts.

Данные о каждом файле содержит Inode — специфичный для UNIX-систем индексный дескриптор, хранящий различную метаинформацию (владелец файла, последнее время обращения, размер и так далее).

Когда файл (каталог) перемещается в другую ФС, его Inode тоже создается заново. И только потом удаляется исходный (в рамках той же системы меняется только путь файла). Также отметим, что файл (каталог) существует до того момента, пока хранится информация о его имени или пути к нему. После удаления всей информации блоки, отведенные под файл, становятся свободными (для выделения под другой файл).

Еще одна особенность Linux: существование сразу двух типов ссылок. Во-первых, жесткая ссылка (Hard-Link), которая представляет собой один из путей файла (команда ls -li). Во-вторых, символьная ссылка (Symbolic link) — это файл UNIX с текстовой строкой с путем к оригинальному файлу.

Общая информация о ФС хранится в суперблоке. Сюда относится суммарное число блоков и Inode, число свободных блоков, их размеры и так далее. Важно, чтобы суперблок сохранял свою целостность, поскольку от этого зависит стабильность и работоспособность системы в целом. В ОС создается сразу несколько копий, чтобы можно было восстановить всю необходимую информацию.

Еще одна особенность: устройства монтируются по идентификатору. Это, в свою очередь, помогает не перенастраивать файл конфигурации, когда пользователь меняет блочное устройство.

Команды для работы с файлами в Linux

Команда	Что делает
ls	Просматривает содержимое текущего каталога
touch file_name	Создает файл file_name
mkdir directory_name	Создает директорию directory_name
cat file_name	Показывает содержимое файла file_name в терминале
less file_name	Обеспечивает просмотр файла с помощью скроллинга
rm file_name	Удаляет файл file_name
rm -r	Удаляет рекурсивно все файлы из директории
rmdir directory	Удаляет папку directory, которая находится в текущей папке
ln -s /home/user/directory_name/ /home/user/test/	Создает жесткие и символические ссылки на файлы или папки. Для создания символической ссылки используется опция -s
pwd	Выводит каталога, в котором находится пользователь
which program	Выводит каталог, в котором установлена программа
mc	Запускает полнофункциональный файловый менеджер с псевдографическим интерфейсом на основе ncurses. Требуется установка mc в Ubuntu
cd directory_name	Переходит в директорию directory_name
cp file_name directory_name	Копирует file_name в директорию directory_name
nano	Инициирует запуск простейшего текстового редактора командной строки Linux
mv file_name directory_name	Перемещает file_name в директорию directory_name
mv old_name new_name	Переименовывает файл/директориюold_name в new_name
locate file_name	Выполняет быстрый поиск файла
chmod 644 file_name	Изменяет права доступа к файлу или каталогу

Типы файловых систем Linux. Какая из файловых систем используется ядром Linux

Как уже говорилось ранее, в Linux несколько предустановленных и доступных ФС. В зависимости от выбора пользователя будут меняться методы работы с файлами, обращения к конфигурации ядра и способы хранения данных в ОП. В зависимости от целей и задач пользователя (а также достоинств и недостатков самих ФС) можно выбрать любую файловую систему, доступную в дистрибутиве ОС.

Список основных файловых систем:

ФС может являться корневой в различных разделах, Linux позволяет использовать разные системы одновременно.

Ext2, Ext3, Ext4

Первая группа ФС — Extended Filesystem (Ext2, Ext3, Ext4) — является стандартом для Linux. Как следствие, это самые распространенные системы. Они редко обновляются, но зато стабильны. Ext2 создавалась специально под Linux (изначально Extended Filesystem делали еще под Minix).

Эта группа ФС поддерживает наибольшее количество доступных функций из всех, предложенных на рынке. Ext3 (2001 г.) стала еще более стабильной, чем ее предшественница, за счет использования журналирования, а версия Ext3 (2006 г.) популярна и среди современных пользователей. Среди улучшений: увеличение максимального размера раздела до 1 Эксабайта.

Два типа файловых систем

Журналируемые — данный тип ФС сохраняет историю действий пользователя, а также план проверки системы в специальном файле. Особенности: устойчивость к сбоям и сохранение целостности информации.

Не журналируемые — не предусматривают хранение логов. Особенности: работают быстрее, но не гарантируют сохранность данных.

Чтобы узнать тип ФС, существует команда file -s.

Журналируемая ФС — первая альтернатива для ФС группы Ext. Ее разработали в IBM специально для операционной системы AIX UNIX. Главные плюсы этой системы: стабильность и минимальные требования для работы. Разработчики JFS ставили перед собой цель создать ФС, которая бы эффективно работала на многопроцессорных компьютерах. Кроме того, эта система также относится к журналируемым ФС. Но есть и очевидные недостатки. Если случится непредвиденный сбой в работе системы, ФС может использовать версии файлов, которые уже устарели. Причина заключается в том, что журнал сохраняет только метаданные.

ReiserFS

Эта ФС разработана под руководством Ганса Райзера и названа в честь него. Подходит исключительно под Linux, чаще всего ее используют в качестве возможной замены Ext3. Главные особенности: увеличенная производительность и более широкие возможности. Изменяющийся размер блока дает пользователю возможность объединять небольшие файлы в один блок, таким образом удается избежать фрагментации и повысить качество работы ФС в целом. Размер разделов можно менять прямо в процессе работы, однако эта ФС может показать нестабильные результаты и потерять данные, например, при отключении энергии.

Еще одна журналируемая ФС. Однако, в отличие от аналогов, в логи записывает исключительно те изменения, которые претерпевают метаданные. Разработана для ОС в Silicon Graphics. Важные особенности: быстро работает с файлами сравнительно большого размера, умеет выделять место в отложенном режиме, а также менять размеры разделов в процессе работы. Часто встречается в дистрибутивах на основе Red Hat. Минусы: нельзя уменьшить размер разделов, сложно восстанавливать данные и можно потерять информацию при отключении питания.

Btrfs

Современная ФС, главной особенностью которой является высокая отказоустойчивость. Из дополнительных «бонусов»: удобна для сисадминов и поддерживает сравнительно простой процесс восстановления данных. Поддерживает подтома, разрешает менять размеры разделов в динамическом режиме и позволяет делать снапшоты. Отличается высокой производительность. Применяется как ФС, установленная по умолчанию, в OpenSUSE и SUSE Linux. Главный минус — нестабильность (нарушена обратная совместимость, сложная для поддержки и так далее).

Flash-Friendly File System входит в состав ядра ОС Linux и предназначена для использования с хранилищем на основе флеш-памяти. Разработчик — корпорация Samsung. F2FS разбивает носитель на части, которые снова делятся, и так далее. Эти миниатюрные зоны используются вместо повторного использования одних и тех же размеченных участков.

OpenZFS

OpenZFS — ветвь ZFS, о которой мы пишем ниже). Разработчик — компания Sun для ОС Solaris. В 2016 году Ubuntu включила ее поддержку по умолчанию. Главные плюсы: защита от повреждения данных, поддержка больших файлов и автоматическое восстановление.

Традиционные для Windows ФС NTFS, FAT, HFS применяются в Linux, но пользователь не сможет установить в такие разделы корень, поскольку структура этих ФС для этого не приспособлена.

Специальные файловые системы

Для решения задач, связанных с предоставлением доступа пользователю или программам к настройкам ядру ОС, используются так называемые специальные файловые системы. Ядро использует несколько типов специальных ФС:

tmpfs — записывает файлы в ОП. Для этого создается блочное устройство определенного объема, после чего оно подключается к папке.
procfs — хранит данные о системных процессах и ядре.
sysfs — изменяет настройки ядра ОС.

Виртуальные файловые системы: EncFS, Aufs, NFS и ZFS

Если пользователю необходимо решить задачи, которые не требуют непременного наличия ФС в ядре, применяется модуль FUSE (filesystem in userspace). Он создает ФС в пространстве пользователя. Виртуальные ФС, как правило, поддерживают шифрование и сетевое администрирование. Сегодня на рынке существует целый спектр виртуальных ФС для ряда задач:

Читайте также: