Какие файловые системы поддерживает linux
Обновлено: 02.07.2024
Операционная система Windows может быть установлена только на файловую систему NTFS, поэтому обычно у пользователей не возникает вопросов какую ФС лучше использовать. Но Linux очень сильно отличается, здесь в ядро системы встроены и могут использоваться несколько файловых систем, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач и лучше подходит именно для них.
Новые пользователи не всегда понимают что такое раздел жесткого диска и файловая система. В нашей сегодняшней статье мы попытаемся разобраться во всех этих понятиях, рассмотрим что такое файловая система, а также рассмотрим самые распространенные типы файловых систем Linux. Но начнем с самых основ, разделов диска.
Жесткий диск и разделы
Обычно в компьютере используется один жесткий диск, но для удобства все доступное пространство разделяется на разделы, в Windows они известны как диски, в Linux же их принято называть разделами. Чтобы операционная система знала сколько разделов есть на диске и их физические границы используется таблица разделов. Она может быть двух типов - GPT или MBR. В этой статье мы не будем рассматривать ее подробно. Скажу только, что там находится метка раздела, его порядковый номер и адрес начала и конца на жестком диске.
Что такое файловая система?
Дальше больше. Чтобы на каждом разделе можно было работать с файлами и каталогами, необходима файловая система. Мы могли бы писать просто содержимое файлов на диск, но нужно еще где-то хранить данные о папках, имена файлов, их размер, адрес на жестком диске, атрибуты доступа. Всем этим занимается файловая система.
От файловой системы зависит очень многое, скорость работы с файлами, скорость записи и даже размер файлов. Также от стабильности файловой системы будет зависеть сохранность ваших файлов.
Типы файловых систем Linux
Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Дальше мы рассмотрим типы файловых систем Linux, включая специальные файловые системы.
Основные файловые системы
Каждый дистрибутив Linux позволяет использовать одну из этих файловых систем, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы. Давайте рассмотрим каждую из них более подробно.
- Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem - это стандартная файловая система для Linux. Она была разработана еще для Minix. Она самая стабильная из всех существующих, кодовая база изменяется очень редко и эта файловая система содержит больше всего функций. Версия ext2 была разработана уже именно для Linux и получила много улучшений. В 2001 году вышла ext3, которая добавила еще больше стабильности благодаря использованию журналирования. В 2006 была выпущена версия ext4, которая используется во всех дистрибутивах Linux до сегодняшнего дня. В ней было внесено много улучшений, в том числе увеличен максимальный размер раздела до одного экзабайта.
- JFS или Journaled File System была разработана в IBM для AIX UNIX и использовалась в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов. При разработке файловой системы ставилась цель создать максимально эффективную файловую систему для многопроцессорных компьютеров. Также как и ext, это журналируемая файловая система, но в журнале хранятся только метаданные, что может привести к использованию старых версий файлов после сбоев.
- ReiserFS - была разработана намного позже, в качестве альтернативы ext3 с улучшенной производительностью и расширенными возможностями. Она была разработана под руководством Ганса Райзера и поддерживает только Linux. Из особенностей можно отметить динамический размер блока, что позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Еще одно преимущество - в возможности изменять размеры разделов на лету. Но минус в некоторой нестабильности и риске потери данных при отключении энергии. Раньше ReiserFS применялась по умолчанию в SUSE Linux, но сейчас разработчики перешли на Btrfs.
- XFS - это высокопроизводительная файловая система, разработанная в Silicon Graphics для собственной операционной системы еще в 2001 году. Она изначально была рассчитана на файлы большого размера, и поддерживала диски до 2 Терабайт. Из преимуществ файловой системы можно отметить высокую скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету и незначительный размер служебной информации.
- XFS - журналируемая файловая система, однако в отличие от ext, в журнал записываются только изменения метаданных. Она используется по умолчанию в дистрибутивах на основе Red Hat. Из недостатков - это невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при записи, если будет неожиданное отключение питания, поскольку большинство данных находится в памяти.
- Btrfs или B-Tree File System - это совершенно новая файловая система, которая сосредоточена на отказоустойчивости, легкости администрирования и восстановления данных. Файловая система объединяет в себе очень много новых интересных возможностей, таких как размещение на нескольких разделах, поддержка подтомов, изменение размера не лету, создание мгновенных снимков, а также высокая производительность. Но многими пользователями файловая система Btrfs считается нестабильной. Тем не менее, она уже используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.
Другие файловые системы, такие как NTFS, FAT, HFS могут использоваться в Linux, но корневая файловая система linux на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.
Специальные файловые системы
Ядро Linux использует специальные файловые системы, чтобы предоставить доступ пользователю и программам к своим настройкам и информации. Наиболее часто вы будете сталкиваться с такими вариантами:
- tmpfs позволяет размещать любые пользовательские файлы в оперативной памяти компьютера. Достаточно создать блочное устройство нужного размера, затем подключить его к папке, и вы можете писать файлы в оперативную память.
- procfs - по умолчанию смонтирована в папку proc и содержит всю информацию о запущенных в системе процессах, а также самом ядре.
- sysfs - с помощью этой файловой системы вы можете задавать различные настройки ядра во время выполнения.
Виртуальные файловые системы
Не все файловые системы нужны в ядре. Существуют некоторые решения, которые можно реализовать и в пространстве пользователя. Разработчики ядра создали модуль FUSE ( filesystem in userspace), который позволяет создавать файловые системы в пространстве пользователя. К виртуальным файловым системам можно отнести ФС для шифрования и сетевые файловые системы.
- EncFS - файловая система, которая шифрует все файлы и сохраняет их в зашифрованном виде в нужную директорию. Получить доступ к расшифрованным данным можно только примонтировав файловую систему.
- Aufs (AnotherUnionFS) - позволяет объединять несколько файловых систем (папок) в одну общую.
- NFS (Network Filesystem) - позволяет примонтировать файловую систему удаленного компьютера по сети.
Таких файловых систем очень много, и мы не будем перечислять все их в данной статье. Есть даже очень экзотические варианты, обратите внимание на проект PIfs.
Выводы
В этой статье мы рассмотрели типы файловых систем Linux. Как видите, здесь все намного запутаннее чем в Windows. Но на самом деле все просто. Если вам нужна максимально стабильная файловая система linux - то лучшим решением будет ext4, хотите новых технологий - btrfs, для маленьких файлов - raiser4, для больших - XFS. А какие файловые системы linux предпочитаете вы? Напишите в комментариях!
На завершение видео о том, что такое файловая система и ее структура в linux:
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:
Как вы знаете, перед установкой любой операционной системы Linux вам нужно отформатировать жесткий диск и выбрать наиболее предпочтительную файловую систему. Тут у нас, в 2020, в фаворитах ходит EXT4, и она кажется лучшим вариантом из возможных, но давайте рассмотрим альтернативы, прежде чем слепо отказываться от них?
«Fourth Extended Filesystem», что дословно переводится как «Четвертая расширенная файловая система» полностью обратно совместима с EXT2 и EXT3 и считается стандартом для большинства дистрибутивов Linux, оставаясь такой же популярной, как и ее предшественники.
На сегодняшний день это один из самых безопасных и стабильных вариантов, поскольку он поддерживает ведение журнала, предотвращая (насколько это возможно) потерю данных после сбоя системы или потери питания.
Двумя мощнейшими функциями EXT4 являются так называемые «экстенты» и «отложенное распределение», которые разумно управляют тем, как данные записываются на носитель, для повышения производительности и уменьшения фрагментации.
BtrFS
«b-tree file system» изначально была разработана Oracle и продолжает расти в популярности, так что многие считают ее истинным преемником династии EXT.
Btrfs поставляется с расширенными функциями, такими как автоматическая дефрагментация и прозрачное сжатие. Он следует принципу копирования при записи, сохраняя новые итерации данных и метаданных вместо того, чтобы воздействовать на существующие («теневое копирование»). Это также позволяет делать снимки различных состояний файловой системы, а также легко реплицировать, переносить и инкрементировать резервные копии. Оперативные и автономные проверки файловой системы еще больше снижают вероятность потери данных.
Отдельно стоит отметить, что BtrFS весьма SSD-френдли, поскольку она автоматически отключает свои функции, которые полезны для механических жестких дисков, но могут изнашивать SSD.
XFS была создана Silicon Graphics почти три десятилетия назад для их графических рабочих станций, специализирующихся на рендеринге 3D-графики.
Вот почему XFS остается одним из лучших вариантов для систем, которые постоянно читают и записывают данные. Благодаря использованию «групп размещения» - частей файловой системы, которые содержат свои собственные индексные дескрипторы и свободное пространство - возможно параллельное чтение и запись данных несколькими потоками одновременно. Поддержка отложенного размещения, динамически распределяемых инодов и усовершенствованных алгоритмов упреждающего чтения помогает достичь превосходной производительности, особенно в больших пулах хранения размером до сотен терабайт.
Однако, её поддержка журналирования ограничена, особенно если сравнивать с более современными альтернативами, и, возможно, она более склонна к потере данных. Также плохо масштабируется для более типичных повседневных и, в основном, однопоточных сценариев, например, при удалении нескольких фотографий из папки «Изображения». Другими словами, это история про настройку собственного дата-центра, а не обычной домашней машины.
Одна из (относительно) более новых файловых систем, «Flash-Friendly File System», как следует из самого названия, является одним из лучших вариантов для использования с хранилищем на основе флешь-памяти.
Изначально созданный для этой цели компанией Samsung, F2FS разбивает носитель на более мелкие части, которые в свою очередь делит на еще более мелкие части, которые в свою очередь делит, ну вы поняли. А дальше она старается использовать множество этих зон вместо повторного использования одних и тех же. В сочетании с поддержкой TRIM / FITRIM это делает её более удобной для флешь-носителей с ограниченным числом операций записи.
Нет смысла углубляться в возможности F2FS, потому что, если речь идет об использовании с обычными носителями, она – абсолютно заурядная заурядность, не выделяющаяся ни в отношении скорости, ни в отношении безопасности, и любая другая файловая система предложит вам набор функций получше. Хотя, стоит отметить, что дискуссия принимает совершенно другой оборот, когда речь заходит за флешь-хранилища, для которых она и разрабатывалась.
OpenZFS/ZFS
OpenZFS — это ветвь файловой системы Zettabyte (ZFS), которая изначально появилась в Solaris от Sun. До 2010 года ZFS можно было использовать в Linux в основном через FUSE из-за проблем с лицензированием. После 2010 года началась разработка опенсорсной версии, а уже к 2016 году Ubuntu включила ее поддержку по умолчанию. С тех пор, когда люди ссылаются на «ZFS», они обычно имеют ввиду именно эту ветку, вместо Solaris ZFS - который также продолжает развиваться, но идет по параллельному пути.
ZFS отличается от всех альтернатив тем, что сочетает файловую систему с менеджером томов. По этой причине он управляет не только файлами и каталогами, но и физическими носителями, на которых они находятся. Благодаря этому каждое устройство хранения может быть назначено пулу, который обрабатывается как один ресурс. Если вам не хватает места, вы можете добавить новое хранилище в этот пул, чтобы расширить его, позволяя ZFS позаботиться о деталях.
ZFS также следует принципу copy-on-write, так называемого, копирования при записи, где вместо изменения существующих данных он сохраняет только изменения («дельты») между старой и новой версиями. Это обеспечивает прозрачное, интеллектуальное хранение нескольких копий данных, не занимая много места, которое может работать как резервное копирование или снэпшоты. Пользователь может откатиться к предыдущим состояниям файловой системы, отменить изменения или наоборот: перенести все изменения в клоны существующих данных.
Это некоторые из функций, которые помогают практически исключить любую возможность потери данных - по крайней мере, в теории.
Журналируемая файловая система от IBM была одной из первых файловых систем, которая поддерживала журналирование, что привело к снижению вероятности потери данных. Она использует экстенты, как и многие другие современные альтернативы, а также группы размещения, такие как XFS, с целью обеспечения высокой производительности чтения / записи.
Не отдавая предпочтения какой-либо одной функции, она отлично подходит для различных задач при разных нагрузках.
К сожалению, это также означает, что она не является превосходной ни в одной. Кроме того, есть кое-какие проблемы, которые негативно влияют на оценку пользователей при выборе файловой системы для своего хранилища. Например, она может отложить обновление своего журнала на неопределенное время, увеличивая вероятность потери данных и почти сводя на нет тот факт, что это файловая система журналирования. Лучше параллельные записи, которые наиболее полезны для серверов и больших баз данных, но работают хуже, чем EXT4 в более популярных сценариях использования настольных компьютеров.
Это, вероятно, причины, по которым она не так популярна, как другие файловые системы, которые либо быстрее работают, либо лучше защищают данные от потери.
Что вам стоит использовать?
Существует причина, по которой EXT4 является дефолтным выбором для большинства дистрибутивов Linux. Она проверена, протестирована, стабильна, отлично работает и широко поддерживается. Если вы ищете стабильность, EXT4 - лучшая файловая система Linux для вас.
Если вы не боитесь иметь дело с несколько менее зрелой экосистемой, вам стоит также рассмотреть BtrFS.
Для использования на сервере, где вы хотите полностью исключить любую возможность потери данных, там, где стабильность – второе имя, вам стоит попробовать ZFS. Впрочем, чтобы смочь использовать ее на всю катушку, вам придется уйти в чтение с головой.
Для флэш-носителей F2FS является лучшим вариантом, это даже не обсуждается.
Какую бы файловую систему вы ни выбрали, не забудьте заранее полностью стереть ваш жесткий диск, если вы хотите сделать его существующий контент практически не восстанавливаемым.
Не забывайте использовать комментарии, чтобы высказать ваше ценное мнение по поводу файловых систем и статьи в общем.
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: