Как устроена файловая система linux

Обновлено: 05.07.2024

В операционной системе Linux файловая система отличается организованной структурой. Если вы только перешли с Windows, вы можете столкнуться с некоторыми затруднениями, во многом из-за отсутствия чёткого понимания о принадлежности каждой директории. В данной статье будет рассмотрена структура файловой системы, в результате чего смысл применения большинства папок в Linux директории (directory) станет вам ясен.

В первую очередь, обратите внимание на следующую таблицу ниже:

Теперь следует разобрать всё более подробно.

/ — корень

Главный каталог в системе. Здесь нет дисков, как в Виндовс. По большему счёту, это и есть файловая система Линукс. Адреса всех существующих файлов начинаются с корневой директории Linux, а дополнительные разделы подключаются к папкам корневого каталога.

Читать или менять содержимое в данном каталоге может лишь root-пользователь (user). Домашний каталог пользователя root — /root.

/bin — бинарные файлы пользователя

Содержит файлы исполняемого типа. Программы, с которыми можно работать в однопользовательском режиме и прочие утилиты, которые применяются, пока не подключён каталог /usr/.

/sbin — системные исполняемые файлы

Во-первых, как и в случае с /bin, содержатся исполняемые файлы, доступные на ранних этапах загрузки. Во-вторых, тут располагаются программы, выполняемые с правами суперпользователя, те же утилиты обслуживания и пр.

В этой папке Linux расположены конфигурационные файлы всех программ, которые установлены в системе. Также есть скрипты для запуска демонов, автозагрузки программ и т. п. Главное, что следует запомнить, — речь идёт о файлах по настройке и конфигурации.

/dev — файлы устройств

Как вы знаете, в операционной системе Linux « всё есть файл ». И различные внешние устройства тоже. В результате, любые подключённые микрофоны, клавиатуры, флешки и т. п. — это лишь файлы, которые находятся в каталоге /dev.

/proc — информация о процессах

Подсистема, которая динамически создаётся ядром. Содержит всю информацию о процессах, которые запущены в реальном времени. Тут можно найти данные об использовании системных ресурсов и получить другую информацию о системе.

/var — переменные файлы

Речь идёт о файлах, которые часто меняются — это базы данных, кеши, системные журналы и пр. Следует подробнее рассмотреть каталог Linux из папки /var/:

• /var/log — файлы логов;

• /var/lib — базы данных;

• /var/lock — файлы блокировок;

• /var/spool — принтер, печать;

• /var/run — pid процессов.

В данном каталоге располагаются временные файлы, которые созданы пользователями (users), программами или системой. Любой пользователь имеет права записи в данную директорию. При перезагрузке компьютера они удаляются.

/usr — программы пользователя

Этот каталог является самым большим и имеет много функций. Вкратце рассмотрим его структуру:

• /usr/bin/ — исполняемые файлы (графические редакторы, браузеры, плееры — не используются при загрузке системы);

• /usr/sbin/ — бинарные файлы программ, предназначенных для системного администрирования (выполняются с правами суперпользователя);

• /usr/lib/ — библиотеки для программ из /usr/sbin либо /usr/bin;

• /usr/local — файлы пользователя (программы, библиотеки и настройки, созданные пользователем).

/home — домашняя папка

Linux директория пользователей, где содержатся домашние каталоги всех пользователей. В данных каталогах пользователи хранят личные файлы, программные настройки и пр. Аналогия с Windows — папка на диске C. Но тут есть разница: home располагается на отдельном разделе, в результате чего при переустановке системы все данные и настройки сохраняются.

/boot — файлы загрузчика

Linux директория, где содержатся файлы, связанных с загрузчиком системы (ядро vmlinuz, образ initrd и пр.).

/lib — системные библиотеки

Тут располагаются файлы системных библиотек.

/opt — дополнительные программы

Эта папка Linux включает в себя установленные проприетарные программы, драйвера либо игры, то есть софт, созданный производителем в качестве отдельных исполняемых файлов.

/mnt — монтирование

Сюда сисадмины монтируют внешние либо дополнительные файловые системы Linux.

/media — съемные носители

Монтируются подключаемые внешние накопители — оптические диски, USB-устройства.

/srv — сервер

Файлы сервисов и серверов. Как пример — web-сервер Apache.

/run — процессы

Каталог включает в себя PID-файлы процессов, однако в отличие от /var/run, он располагается в TMPFS, в результате чего всё удаляется после перезагрузки.

/sys — информация о системе

Каталоги Linux в этой папке предназначены для получения информации от ядра о системе. По сути, речь идёт о файловой системе, организованной ядром и позволяющей просматривать и менять множество параметров системной работы, ту же работу swap и много чего ещё.

Пожалуй, этого достаточно для общего понимания файловой системы и структуры папок в Linux. Более профессиональную информацию всегда можно получить на нашем курсе.

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:

Файловая система в ОС Linux, как и в ОС Windows, представляет собой иерархическую структуру каталогов и файлов (в виде дерева), но при этом имеет ряд кардинальных отличий.

Структура каталогов

В ОС Windows жесткие диски называются латинскими буквами (С:, D:, . ), и каждый из дисков представляет собой корневой каталог с собственным деревом папок. Подключение же нового устройства приведет к появлению нового корневого каталога со своей буквой (например, F:). В ОС Linux файловая система представлена единым корневым каталогом, обозначаемым как слэш (/). Соответственно, при данной файловой структуре не диски содержат каталоги, а каталог — диски.

Подключение внешних носителей

В ОС Linux имеется процедура монтирования: когда подключается съемный носитель или диск, файл устройства будет виден в каталоге /dev (devices). Чтобы увидеть содержимое этого устройства, его нужно смонтировать в отдельную директорию /mnt. Также файловая система позволяет примонтировать его и в любое другое место, например /home.

Понятие файла

Понятие «файл» в Linux имеет несколько другое значение, нежели в Windows. «Файлом» можно назвать обычный файл, содержащий данные, и интерпретируемый программой. Директория также является «файлом», содержащим в себе ссылки на другие директории или файлы с данными. Файлы устройства указывает на драйвер, благодаря которому система взаимодействует с физическими устройствами. Имеются и многие другие типы файлов.

Принцип установки программ

Если в Windows программы, зачастую, хранят все данные в одной папке, например в «C:Program FilesProgramName», то в Linux файлы программы разделяются по каталогам в зависимости от типа. Например, исполняемые файлы в /bin, библиотеки в /lib, файлы конфигураций в /etc, логи и кэш в /var.

Регистр имен

Также стоит отметить чувствительность файловой системы Linux к регистру. Файлы Temp.txt и temp.txt будут интерпретироваться как разные файлы и могут находиться в одной директории, в отличие от ОС Windows, который не различает регистр имен. То же правило действует и на каталоги — имена в разных регистрах указывают на разные каталоги.

Назначение каждой директории регламентирует «Стандарт иерархии файловой системы» FHS (Filesystem Hierarchy Standard). Ниже опишем основные директории согласно стандарту FHS:

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

Файловая система — это набор стандартов и соответствующих процессов, которые определяют и управляют тем, в каком виде ваши данные хранятся на носителе информации и каким образом они могут быть из него извлечены.

Способ организации файловой системы в Linux

В качестве способа повышения эффективности ОС, в Linux применяется следующая модель файловой системы:

Благодаря такому подходу, добавление поддержки какой-нибудь новой файловой системы не потребует вносить соответствующих изменений в само ядро ОС.

Ядро Linux поддерживает различные типы файловых систем (ext3, ext4, ReiserFS, Btrfs, XFS и многие другие). На сегодняшний день наиболее часто используемой файловой системой является ext4, поэтому в данной статье основной упор будет сделан именно на нее.

Примечание: В Linux практически все объекты представлены в виде файлов (например, каталоги, принтеры, разделы диска, устройства и т.д.). Это делает еще более важным изучение того, как работает файловая система Linux.

Эволюция файловой системы ext в Linux

Давайте детально рассмотрим эволюцию файловой системы ext в Linux:

Файловая система Minix

Файловая система Minix — это первая файловая система, являющаяся прообразом современных файловых систем в Linux, которая была представлена в 1987 году Эндрю С. Таненбаумом в составе одноименной ОС Minix.

Операционная система Minix и её файловая система использовались в виде наглядного пособия для студентов, изучающих основы строения ОС (одним из таких студентов был сам Линус Торвальдс). Из-за того, что Minix была, прежде всего, учебной системой, её файловая система обладала множеством недостатков: производительность файловой системы оставляла желать лучшего; длина имени файла была ограничена 14 символами, а размер разделов — 64 МБ. Для сравнения, жесткие диски того времени имели размер вплоть до 140 МБ.

Файловая система ext

Хотя ext и удалось решить проблемы, присутствовавшие в файловой системе Minix, у нее был один серьезный недостаток — временная метка. Сейчас, когда каждый файл в Linux имеет три временные метки (доступа к файлу, изменения содержимого файла, изменения свойств и метаданных файла (например, разрешений)), файловая система ext поддерживала только одну временную метку.

Файловая система ext2

В январе 1993 года, менее чем через год после выхода ext, Реми Кард разрабатывает новую файловую систему — ext2.

В ext2 были расширены функциональные возможности ext:

увеличена производительность файловой системы;

данные файлов хранились в блоках данных одинаковой длины;

поддерживался максимальный размер файла в 2 тебибайта;

длина имени файла была ограничена 255 байтами (а не количеством символов, как раньше).

Повреждение файлов, если в момент записи данных на диск отключалось питание или возникал сбой системы.

Потеря производительности из-за фрагментации данных: происходит, когда один файл разбивается на части (фрагментируется) и распределяется по нескольким местам на диске. В результате чтение и запись файлов занимают больше времени, что приводит к снижению производительности файловой системы.

Система ext2 использовалась по большей части до начала 2000-х годов, когда была представлена файловая система ext3.

Файловая система ext3

В ноябре 2001 года, благодаря усилиям программиста Стивена Твиди, вместе с релизом ядра Linux 2.4.15 увидела свет и новая файловая система — ext3.

Файловая система ext3 — это улучшенная версия файловой системы ext2, в которой появилась возможность ведения логов. Она, как и ext2, поддерживает файлы размером в 2 тебибайта, а имена файлов ограничены 255 байтами.

Ядро Linux поддерживает три уровня ведения логов:

Journal — состоит из записи метаданных и содержимого файлов в лог-файл до внесения изменений в основную файловую систему, тем самым обеспечивая наиболее полное логирование данных. Если случится какая-нибудь аварийная ситуация, то можно перечитать лог-файл и восстановить потерянную информацию. Недостатком данного уровня ведения логов является то, что он снижает производительность системы.

Ordered — процесс сохранения данных выполняется в определенном порядке: сначала в лог-файл записываются метаданные, затем содержимое файла записывается в основную файловую систему и уже тогда метаданные соединяются с основной файловой системой. В случае сбоя, основная файловая система не будет повреждена; риску повреждения подвергаются только те файлы, которые находятся во время сбоя непосредственно в процессе записи.

Writeback — уровень ведения лог-файла, при котором в него заносятся только метаданные, а содержимое файла записывается непосредственно в основную файловую систему. Из-за отсутствия синхронизации метаданных и содержимого файлов, в случае сбоя системы они, скорее всего, окажутся поврежденными.

Файловая система ext4

Файловая система ext4 была представлена в октябре 2008 года вместе с ядром Linux 2.6.28. Она поддерживает максимальный размер файла в 16 тебибайт и ограничивает максимальную длину имени файла 255 байтами.

Особенности файловой системы ext4

Давайте рассмотрим основной функционал файловой системы ext4:

Обратная совместимость. Файловая система ext4 поддерживает обратную совместимость с файловыми системами ext3 и ext2. Дополнительной функцией является автоматическое монтирование файловой системы ext3 в режиме ext3 с помощью драйвера ext4.

Улучшения распределения. Файловая система ext4 более эффективно распределяет блоки данных перед их записью на диск. Это повышает производительность как чтения, так и записи.

Многоблочное распределение. Особый механизм распределения блоков ищет свободные блоки, которые можно использовать для записи данных на диск. Файловая система ext4 задействует многоблочное распределение, позволяющее распределять несколько блоков всего лишь одним вызовом. Это уменьшает фрагментацию диска.

Отложенное распределение. Функция отложенного распределения выделяет блоки только при записи файла на диск. Благодаря этой функции кэш-память не заполняется ненужными данными, а производительность системы повышается.

Неограниченное количество подкаталогов. Ядро Linux версии 2.6.23 поддерживает неограниченное количество подкаталогов. Файловая система ext4 ввела древовидную структуру данных HTree, чтобы избежать снижения производительности. HTree представляет собой специализированную версию B-дерева.

Подсчет контрольных сумм. Файловая система ext4 использует подсчет контрольной суммы файлов. Данный механизм был введен для снижения риска повреждения файлов. Система ведения логов является наиболее используемой частью диска. Когда происходит сбой оборудования, блоки становятся непригодными для использования и происходит повреждение файлов. Используя подсчет контрольной суммы, система постоянно проверяет, не поврежден ли блок. Этот процесс также повышает производительность, поскольку сокращает время работы с лог-файлом.

Быстрая проверка файловой системы. Файловая система ext4 помечает нераспределенные группы блоков. Время, необходимое для выполнения команды проверки диска fsck , значительно сокращается, поскольку отмеченные группы пропускаются. Это повышает общую производительность.

Онлайн-дефрагментация. Фрагментация диска приводит к снижению производительности файловой системы, что было серьезной проблемой для ext2 и ext3. Файловая система ext4 поддерживает утилиту e4defrag, которая позволяет пользователям дефрагментировать отдельные файлы или всю файловую систему.

Ограничения файловой системы ext4

Хотя файловая система ext4 считается лучшей файловой системой для дистрибутивов Linux, есть несколько ограничений, которые следует учитывать в вашей дальнейшей работе:

Восстановление поврежденных данных. Файловая система ext4 не может обнаружить или восстановить поврежденные данные, уже записанные на диск.

Максимальный размер тома установлен в 1 эксбибайт. Однако файловая система не может обрабатывать более 100 тебибайт данных без значительной потери производительности и увеличения фрагментации диска.

Альтернативные файловые системы

Существует несколько альтернативных файловых систем, поддерживаемых ядром Linux.

XFS — это 64-разрядная файловая система, которая впервые была представлена в 1994 году и встроена в ядро Linux с 2001 года. XFS поддерживает максимальный размер файла в 8 эксбибайт и ограничивает длину имени файла 255 байтами. Она поддерживает ведение логов и, как и ext4, сохраняет изменения в лог-файле до того, как они будут зафиксированы в основной файловой системе. Это снижает вероятность повреждения файлов.

Данные структурированы в виде B + -деревьев, что обеспечивает эффективное распределение пространства и, следовательно, повышение производительности.

Основным недостатком этой системы является сложный процесс изменения размера существующей файловой системы XFS.

OpenZFS

OpenZFS — это платформа, которая объединяет функционал традиционных файловых систем и диспетчера томов. Впервые была представлена в 2013 году. OpenZFS поддерживает максимальный размер файла в 16 эксбибайт и ограничивает максимальную длину имени файла 255 символами. В качестве особенностей данной системы можно выделить защиту от повреждения данных, шифрование данных, поддержку накопителей увеличенного объема, копирование при записи и RAID-Z.

Основным недостатком OpenZFS является юридическая несовместимость между лицензиями CDDL (OpenZFS) и GPL (ядро Linux). Эта проблема решается путем компиляции и загрузки кода ZFS в ядро Linux.

Btrfs

Некоторые особенности Btrfs включают в себя:

добавление и удаление блочных устройств в режиме онлайн;

настраиваемое для каждого файла или тома сжатие;

контрольные суммы и возможность создания файлов подкачки и разделов подкачки.

ReiserFS

ReiserFS — это альтернатива файловой системе ext3, которая обладает улучшенной производительностью и расширенным функционалом. Ранее, ReiserFS использовалась в качестве файловой системы по умолчанию в SUSE Linux. ReiserFS поддерживает динамическое изменение размеров файловой системы. К недостаткам можно отнести относительно низкую производительность.

Примечание: Такие файловые системы, как NTFS, FAT и HFS могут использоваться в Linux, но корневая файловая система Linux на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены. Swap — это файл подкачки, служащий источником дополнительной памяти в тех случаях, когда для выполнения программы требуется больше оперативной памяти, чем имеется в компьютере, — он не является отдельной файловой системой.

Как узнать, какая у меня файловая система?

Способ №1: Использование команды df

Команда df отображает информацию об использовании дискового пространства файловой системы. Для указания того, что нам нужно вывести тип файловой системы, используйте следующую команду:

$ df -Th | grep "^/dev"

Как вы можете видеть, у меня используется файловая система ext4 (см. раздел /dev/sda1).

Примечание: Имена дисков в Linux расположены в алфавитном порядке. /dev/sda — это первый жесткий диск (основной), /dev/sdb — второй и т.д. Цифры относятся к разделам, поэтому /dev/sda1 — это первый раздел первого диска.

Способ №2: Использование команды fsck

Команда fsck применяется для проверки и, при необходимости, восстановления файловых систем Linux. При этом она также может отображать и тип файловой системы на указанных разделах диска, например:

Способ №3: Использование команды lsblk

Команда lsblk отображает информацию о блочных устройствах. Добавив опцию -f , мы также получим и информацию о типе файловой системе:

Способ №4: Использование команды mount

Команда mount применяется для монтирования файловой системы в Linux. Её также можно использовать для монтирования ISO-образа, удаленной файловой системы Linux и многого другого. Чтобы узнать тип файловой системы, используйте следующую комбинацию:

Читайте также: