Реализация файловой системы ос linux

Администрирование систем Linux. Файловые системы

Глава 6. Файловые системы

После того, как вы закончите разделение жесткого диска на разделы, вы сможете создать файловую систему в каждом из созданных разделов.

В данной главе используются разделы жесткого диска , созданные в предыдущей главе, причем сама глава содержит информацию, необходимую для подготовки к чтению следующей главы, в которой мы будем монтировать созданные файловые системы.

6.1. Информация о файловых системах

Файловая система является способом организации файлов в рамках вашего раздела жесткого диска. Помимо сохранения данных в рамках файлов файловые системы обычно позволяют использовать директории и механизм контроля доступа , кроме того, они сохраняют метаданные, относящиеся к файлам, такие, как метки времени доступа и модификации, а также данные о владельце.

Ограничения имен файлов (максимальная длина, набор допустимых символов, ) определяются типом выбранной вами файловой системы. Директории обычно реализуются с помощью файлов специального типа и вам предстоит разобраться в вопросах их реализации! Механизм доступа к файлам оперирует идентификаторами пользователей, владеющих файлами (а также идентификаторами групп пользователей, владеющих файлами и учитывает членство пользователей в группах) с учетом одного или большего количества списков контроля доступа.

6.1.1. Страница руководства man fs

Страница руководства, посвященной файловым системам, может быть открыта с помощью команды man fs .

6.1.2. Файл /proc/filesystems

Ядро Linux проинформирует вас о загруженных на данный момент драйверах файловых систем с помощью файла /proc/filesystems .

6.1.3. Файл /etc/filesystems

Файл /etc/filesystems содержит список автоматически определенных файловых систем (на случай использования утилиты mount без параметра -t ).

Информация о данном файле содержится на странице руководства, которая может быть открыта с помощью команды man mount .

6.2. Часто используемые файловые системы

6.2.1. Файловые системы ext2 и ext3

В прошлом наиболее часто используемой файловой системой в Linux была файловая система ext2 («вторая расширенная файловая система»). Недостаток данной файловой системы заключался в значительных затратах времени на ее проверку.

Впоследствии на большинстве машин, работающих под управлением Linux, файловая система ext2 была заменена на файловую систему ext3 . По большей части данные файловые системы идентичны, за исключением функции журналирования , которая присутствует только в файловой системе ext3.

Функция журналирования подразумевает запись всех изменений в файловой системе в первую очередь в журнал, расположенный на диске. Периодически осуществляемая синхронизация журнала с диском приводит к записи изменений в файловую систему. Функция журналирования позволяет поддерживать файловую систему в корректном состоянии, поэтому вам не придется осуществлять полную проверку файловой системы после некорректного выключения компьютера или проблем с питанием.

6.2.2. Создание файловых систем ext2 и ext3

Вы можете создать данные файловые системы с помощью утилит /sbin/mkfs и /sbin/mke2fs . Используйте команду mke2fs -j для создания файловой системы ext3.

Также вы можете преобразовать файловую систему ext2 в ext3 с помощью команды tune2fs -j . При этом вы можете смонтировать файловую систему ext3 как ext2, но в этом случае вы потеряете функцию журналирования. Не забывайте о необходимости выполнения команды mkinitrd в том случае, если устройство с данной файловой системой должно использоваться в процессе загрузки системы.

6.2.3. Файловая система ext4

Новейшим воплощением расширенной файловой системы является файловая система ext4 , код для поддержки которой включен в состав ядра Linux в 2008 году. Файловая система ext4 поддерживает файлы большего размера (до 16 терабайт), а также позволяет создавать файловые системы на разделах больших размеров, чем в случае файловой системы ext3 (кроме того, она предоставляет множество дополнительных возможностей).

Процесс разработки данной файловой системы начался с доработки файловой системы ext3 с целью полной поддержки 64-битных операций. После того, как выяснилось, что в код должны быть внесены значительные изменения, разработчики приняли решение о присвоении созданной в итоге файловой системе имени ext4 .

6.2.4. Файловая система xfs

Файловая система xfs используется по умолчанию в дистрибутиве Redhat Enterprise Linux 7. Это хорошо масштабируемая высокопроизводительная файловая система.

Файловая система xfs была создана специально для операционной системы Irix и в течение нескольких лет также использовалась в операционной системе FreeBSD. Она поддерживается ядром Linux, но редко используется в дистрибутивах, не имеющих отношения к дистрибутивам Redhat/CentOS.

6.2.5. Файловая система vfat

Файловая система vfat существует в нескольких форматах: fat12 для дискет, fat16 для операционной системы ms-dos и fat32 для поддержки дисков большего объема. Реализация файловой системы vfat из состава ядра Linux поддерживает все упомянутые форматы, но при этом в данной реализации отсутствует поддержка ряда возможностей, таких, как механизм контроля доступа и ссылки на файлы. Диски с файловой системой fat могут читаться средствами любой операционной системы и широко используются в цифровых камерах и накопителях с интерфейсом USB, причем данная файловая система очень удобна для осуществления обмена данными между операционными системами, установленными на компьютере домашнего пользователя.

6.2.6. Файловая система iso 9660

Файловая система iso 9660 является стандартной файловой системой для оптических дисков CD-ROM. Высока вероятность того, что вы также встретите данную файловую систему на вашем жестком диске в форме образов дисков CD-ROM (которые обычно имеют расширение .iso). Стандарт iso 9660 ограничивает длину имен файлов форматом 8.3. Это ограничение было воспринято негативно в мире Unix, в результате чего в стандарт было добавлено расширение Rock Ridge , позволяющее использовать имена файлов длиной в 255 символов, режимы доступа и идентификаторы владельцев файлов в стиле Unix, а также символьные ссылки. Другим расширением для стандарта iso 9660 являются расширение Joliet , которое добавляет возможность использования до 64 символов Unicode в именах файлов. Расширение El Torito также относится к стандарту iso 9660 и позволяет осуществлять загрузку системы с дисков CD-ROM.

6.2.7. Файловая система udf

При создании большинства оптических дисков (включая диски CD и DVD) в настоящее время используется файловая система udf , название которой расшифровывается как Universal Disk Format (универсальный дисковый формат).

6.2.8. Файловая система swap

Если принимать во внимание все детали, swap не является файловой системой. Но для использования раздела в качестве раздела подкачки он должен быть отформатирован и смонтирован как пространство для хранения данных подкачки.

6.2.9. Файловая система gfs

Кластеры на основе Linux обычно используют отдельную кластерную файловую систему, такую, как GFS, GFS2, ClusterFS,

6.2.10. Другие файловые системы.

В более старых системах Linux вы можете встретить файловую систему reiserfs . Также не исключено, что вы столкнетесь с файловой системой zfs , разработанной в компании Sun, или открытой файловой системой btrfs . Для описания возможностей последней, скорее всего, потребуется отдельная глава.

6.2.11. Файл /proc/filesystems

Файл /proc/filesystems содержит список поддерживаемых файловых систем. В момент монтировании файловой системы без явного указания ее типа утилита mount в первую очередь попытается идентифицировать файловую систему как одну из файловых систем, описанных в файле /etc/filesystems , после чего в случае необходимости попытается идентифицировать эту же файловую систему как одну из файловых систем, описанных в файле /proc/filesystems за исключением тех, для которых установлена метка nodev . В том случае, если в последней строке файла /etc/filesystems расположен только символ звездочки (*), будут использоваться оба упомянутых файла.

6.3. Создание файловой системы в разделе

На данный момент у нас в распоряжении имеется недавно созданный раздел жесткого диска. Список системных бинарных файлов, предназначенных для создания файловых систем, может быть сформирован с помощью утилиты ls.

Самое время прочитать страницы руководств утилит mkfs и mke2fs . С помощью приведенного ниже примера вы можете проследить процесс создания файловой системы ext2 в разделе, представленном файлом устройства /dev/sdb1. В реальной жизни вам также могут понадобиться такие параметры данной утилиты, как -m0 и -j.

6.4. Настройка файловой системы

Вы можете использовать утилиту tune2fs для вывода списка параметров файловой системы и установки их значений. В первом примере показана методика вывода информации о зарезервированном для пользователя root пространстве в рамках раздела (текущее значение равно пяти процентам от общего размера раздела).

А в примере ниже данное значение увеличивается до 10 процентов от общего размера раздела. Вы можете использовать утилиту tune2fs в процессе эксплуатации файловой системы, даже в том случае, если данная файловая система содержит корневую директорию (как в примере ниже).

6.5. Проверка файловой системы

Команда fsck позволяет задействовать утилиту-обертку, используемую для вызова утилит, осуществляющих проверку файловых систем.

Значение из последнего столбца файла /etc/fstab используется в качестве флага проверки файловой системы в процессе загрузки операционной системы.

Проверка смонтированной файловой системы в ручном режиме приведет к выводу предупреждения и завершению работы утилиты fsck.

Но после размонтирования файловой системы ext2 утилиты fsck и e2fsck могут успешно использоваться для ее проверки.

6.6. Практическое задание: файловые системы

1. Выведите список файловых систем, известных вашей операционной системе.

2. Создайте файловую систему ext2 в разделе размером в 200 МБ.

3. Создайте файловую систему ext3 в одном из логических разделов размером в 300 МБ.

4. Создайте файловую систему ext4 в разделе размером в 400 МБ.

5. Установите размер резервируемого пространства для пользователя root в разделе с файловой системой ext3 равным 0 процентов от общего размера раздела.

6. Проверьте корректность выполненных действий с помощью утилит fdisk и df .

7. Выполните проверки всех недавно созданных файловых систем.

6.7. Корректная процедура выполнения практического задания: файловые системы

1. Выведите список файловых систем, известных вашей операционной системе.

2. Создайте файловую систему ext2 в разделе размером в 200 МБ.

mke2fs /dev/sdc1 (замените sdc1 на корректное имя файла устройства, представляющего необходимый раздел жесткого диска)

3. Создайте файловую систему ext3 в одном из логических разделов размером в 300 МБ.

mke2fs -j /dev/sdb5 (замените sdb5 на корректное имя файла устройства, представляющего необходимый раздел жесткого диска)

4. Создайте файловую систему ext4 в разделе размером в 400 МБ.

mkfs.ext4 /dev/sdb1 (замените sdb1 на корректное имя файла устройства, представляющего необходимый раздел жесткого диска)

5. Установите размер резервируемого пространства для пользователя root в разделе с файловой системой ext3 равным 0 процентов от общего размера раздела.

6. Проверьте корректность выполненных действий с помощью утилит fdisk и df .

Использование утилиты mkfs (mke2fs) не должно стать причиной принципиальных различий в выводе предложенных для осуществления диагностики утилит.

В то же время, принципиальные различия проявятся в следующей главе, посвященной монтированию файловых систем.

7. Выполните проверки всех недавно созданных файловых систем.

Источник

Файловая система в ОС Linux

Что такое файловая система?

Так же, современные ОС Linux совместимы с файловыми системами (ФС дальше), используемыми ОС Windows, такими как NTFS и FAT32, но применение данных ФС в Linux крайне не желательно по причине этого, что данные ФС разрабатывались под ОС Windows и поддержка Windows-разделов ядром Linux выполнена с помощью сторонних утилит/драйверов/модулей, что прикладывает некоторые ограничения (например, согласно проекту Linux-NTFS на сегментах с NTFS поддерживается практически только чтение (запись — только в существующие файлы без изменения их размера), так же ОС Linux не обладает возможности разграничивать права доступа к файлам на сегментах NTFS. Операционная система (ОС далее) Linux удерживает множество файловых систем, в настоящее время более широко используются: ext2, ext3,ext4, reiserfs. Данная ситуация со порой может поменяться.

В Linux объектами файловой системы представляются: процессы, устройства, структуры данных ядра и характеристики настройки, каналы межзадачного взаимодействия, папки, и, безусловно, обычные файлы. К недостаткам относится реализация файловой системы по способу Франкенштейна.
Файловая система состоит из четырех главных компонентов: Такое устройство файловой системы обладает как преимущества, так и недостатки. Файловая система — это единая иерархическая конструкция, которая начинается с каталога / и разветвляется, охватывая случайное число каталогов.
Несмотря на то, что основным назначением файловой системы представляется упорядочение хранимых ресурсов, программистам не очень желалось бы «изобретать велосипед» для управления объектами других типов. К превосходствам относится единый программный интерфейс, легкость доступа из интерпретатора бригад.

• Пространство имен — методы именования объектов и компании в виде единой иерархии
• API — набор системных призывов для перемещения между объектами и управления ими
• Методы сохранности — схема защиты, сокрытия и совместного использования объектен
• Реализация — программный код, который связывает логические модификации с дисковой подсистемой

В повседневной работе вы даже не станете замечать, какую именно файловую систему теперь используете. От файловой системы зависит очень значительное, скорость работы с файлами, скорость записи и простонар размер файлов. Простейшие команды, например ls или cp, управление преимуществами доступа и др. — все это работает независимо от файловой системы. Абсолютно всем этим занимается файловая система. Также от устойчивости файловой системы будет зависеть сохранность ваших файлов.
Файловые системы Linux приноровлены для установки Linux и работы с ней. Чтобы на каждом разделе возможно было работать с файлами и каталогами, необходима файловая система. Мы имели возможность бы писать просто содержимое файлов на диск, но необходимо еще где-то хранить данные о папках, имена файлов, их габарит, адрес на жестком диске, атрибуты доступа.

К данным признакам относятся: скорость обработки внушительных по габариту файлов или большого количества сравнительно небольших файлов, результативность выполнения операций считывания и записи, нагрузка, показываемая на процессор, функция журналирования (меры, предпринимаемые после авантюристичного прекращения работы системы), функции квотирования (вероятность ограничить максимальное потребление памяти на пользователя), сопоставимость с NFS, дополнительные затраты энергии на управление системой, помощь дополнительных прав доступа (ACL), совместимость с SELinux и т. д. Файловые системы выделяются по признакам, представляющим интерес в первую очередь для многоопытных пользователей либо для тех, кто работает с сервером.

Устройство файловых систем ОС Linux

А сам по себя список inodes, соответствующих как существующим файлам, так и независимым блокам дискового раздела, и определяет границы файловой системы, то имеется сколько файлов может быть в ней создано. В данном разделе будет говориться о предметах, общих для абсолютно всех Linux. Все файлы в Linux физически состоят из 2 частей, реально локализованных в различных блоках атриторного накопителя, но обязательно находящихся в одном дисковом разделе, основном или логическом. Первая часть файла — его так называемые метаданные, какие содержат файловый дескриптор (это просто некое чудесное число), сведения о его атрибутах (принадлежности, правах доступа, времени изменения и т.д.), а также информацию о том, в каких блоках атриторного раздела (которые так и называются — блоки данных) физиологически размещено содержимое файла — те самые последовательности б, которые образуют доступный пользователю ASCII-текст или выполняемый модуль программы. Метаданные каждого файла вписаны в специальной области диска, называемой суперблоком, где образуют т.н. inodes (от information nodes — информативные узлы). Каждому существующему файлу соответствует собственный inode, и именно он однозначно идентифицируется файловым дескриптором.

Так вот, сущность процесса создания файловой системы на дисковом разделе (или, в осмысливании DOS/Windows, его форматирования) — в создании на нем суперблока (или, в некоторых файловых системах, многих его копий), списка inodes и отведении дискового места под блоки данных (а также загрузочного блока, о каком будет сказано ниже), а устройством этих атриторных областей определяются различия между файловыми системами разных типов. В результате на новом разделе образуется один-единственный файл — каталог корневого (для данной файловой системы) разоблачила (в некоторых случаях создается еще и каталог /lost+found, нужный для хранения нарушенных файлов).

Ответ прост: в Linux имя представляет собой атрибут не файла, но файловой системы (в 5-ом, логическом, понимании термина). Поэтому идущая от MacOS и деятельно используемая в Windows метафора каталога как папки с бумагами — в Linux только затемняет суть дела: тут это скорее именно каталожный ящик в библиотеке. Выясняет вопрос, почему такой, казалось бы неотъемлемый, свойство файла, как его имя, не обнаруживается ни в его метаданных, ни, тем более, среди его этих. Они представляют собой просто списки файловых дескрипторов идентификаторов и определенных им имен файлов. И для хранения имен файлов нужны файлы особого типа — каталоги (в Linux имеется и другие типы файлов, например, упомянутые реке файлы устройств).

Не смотря на столь простое механизм, роль каталогов в файловой системе Linux нелегко переоценить: имена файлов, через которые они врубаются в файловую систему (и через которые пользователь приобретает доступ к их содержимому), фигурируют только в составе каталога, к какому файл приписан — и больше нигде в системе. Только так осуществляется удаление файла командой rm или файловым клерком типа Midnoght Commander. Так что удаление имени файла (или подсправочника) из списка, представляющего собой данные его родительского каталога (какой, конечно, также имеет свой inode и файловый дескриптор, сваленный к каталогу, расположенному уровнем выше в иерархии файловой системы, и так дальше) равносильно тому, что метаданные файла становится недосягаемыми, а приписанные к его inode блоки данных помечаются как независимые.

Кроме того, в inode ее корневого каталога ставится т.н. бит чистого размонтирования (clean bit). Пока же рассмотрим характерные черты файловых систем, используемых в Linux’е. Обратный процесс — размонтирование, последствием чего является отсоединение от точки монтирования бревна смонтированной файловой системы. Из сказанного понятно, что для данного она со всем ее содержимым (суперблоком, списком inode, блоками этих) должна быть включена в состав какого-либо из имеющийся каталогов, называемого точкой монтирования. Именно это и сочиняет суть процесса монтирования. Впрочем, вопросам монтирования и размонтирования файловых систем станет посвящена специальная статья. Результат же для монтируемой файловой системы — в том, что ее крупнокорневой каталог (до сих пор безымянный) получает имя каталога — точки монтирования (mount point), содержание которого отныне составляет список имен ее файлов и подсправочников. Нас, однако, сейчас интересует прямо противоположное — делать файловую систему доступной.

Типы файловых систем в ОС Linux

Из-за этому после сбоя электропитания файловая система постоянно автоматически возвращается в рабочее состояние. Существует достаточно много разных файловых систем, которые выделяются друг от друга внутренним устройством, однако user везде найдёт привычную структуру из вложенных каталогов и файлов. Есть несколько типов файловых систем, которые в целой мере поддерживают все возможности, необходимые для полноценной службы Linux (все необходимые типы и атрибуты файлов, в том количестве права доступа). Журналируемая файловая система водит постоянный учёт всех операций записи на диск. Файловые системы отличаются скоростью доступа, надёжностью хранения данных, ступенью устойчивости при сбоях, некоторыми дополнительными возможностями. Нынешние операционные системы поддерживают по несколько типов файловых систем (кроме файловых систем, используемых для хранения данных на твердом диске, также файловые системы CD и DVD и пр.). Впрочем для каждой операционной системы обычно есть одна «классическая» файловая система, которая предлагается по умолчанию, представляется универсальной и подходит абсолютному большинству пользователей. Любой дистрибутив Linux позволяет использовать одну из данных файловых систем, каждая из них имеет свои превосходства и недостатки: Важное свойство файловых систем — помощь журналирования.

Описание файловых систем в ОС Linux

Далее мы рассмотрим типы файловых систем Linux, вводя специальные файловые системы. В 2001 году вышла ext3, какая добавила еще больше стабильности благодаря использованию журналирования. В ней было привнесено много улучшений, в том числе увеличен максимальный габарит раздела до одного экзабайта. Она самая стабильная из абсолютно всех существующих, кодовая база изменяется очень крайне редко и эта файловая система содержит больше всего функций. В 2006 была отпущена версия ext4, которая используется во всех дистрибутивах Linux до нынешнего дня. Файловые системы в Linux используются не только для службы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время службы системы. Версия ext2 была разработана уже именно для Linux и заполучила много улучшений. Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – это стандартная файловая система для Linux. Она была изобретена еще для Minix.

При разработке файловой системы ставилась мишень создать максимально эффективную файловую систему для мультипроцессорных компьютеров. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и наименьшее потребление ресурсов. Также как и ext, это журналируемая файловая система, но в журнальчике хранятся только метаданные, что может привести к применению старых версий файлов после сбоев. JFS или Journaled File System была изобретена в IBM для AIX UNIX и использовалась в качестве альтернативы для файловых систем ext.

Ранее ReiserFS применялась по умолчанию в SUSE Linux, но теперь разработчики перешли на Btrfs. Она была разработана под управлением Ганса Райзера и поддерживает только Linux. Из необыкновенностей можно отметить динамический размер блока, что дозволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предупреждает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Но минус в отдельной нестабильности и риске потери данных при отключении энергии. ReiserFS – была изобретена намного позже, в качестве альтернативы ext3 с улучшенной продуктивностью и расширенными возможностями. Еще одно преимущество – в возможности менять размеры разделов на лету.

Из преимуществ файловой системы возможно отметить высокую скорость работы с большими файлами, зарезервированное выделение места, увеличение разделов на лету и ничтожный размер служебной информации. Она изначально была уволена на файлы большого размера, и поддерживала диски до 2 Терабайт. XFS – это производительная файловая система, разработанная в Silicon Graphics для свой операционной системы еще в 2001 году.

Из недостатков – это неосуществимость уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск утраты файлов при записи, если будет неожиданное отключение кормления, поскольку большинство данных находится в памяти. Она утилизируется по умолчанию в дистрибутивах на основе Red Hat. XFS – журналируемая файловая система, хотя в отличие от ext, в журнал записываются только изменения метаданных.

Но многочисленными пользователями файловая система Btrfs считается неустойчивой. Btrfs или B-Tree File System – это совершенно новоиспеченная файловая система, которая сосредоточена на отказоустойчивости, свободности администрирования и восстановления данных. Тем не менее, она уже используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux. Файловая система соединяет в себе очень много новых интересных способностей, таких как размещение на нескольких разделах, поддержка подтомов, модифицирование размера не лету, создание мгновенных снимков, а вдобавок высокая производительность.

Другие файловые системы, подобные как NTFS, FAT, HFS могут использоваться в Linux, но корневая файловая система linux на них не ставится, поскольку они для этого не предназначены.

Специальные файловые системы в ОС Linux

Ядро Linux утилизирует специальные файловые системы, чтобы предоставить доступ юзеру и программам к своим настройкам и информации. Наиболее довольно частенько вы будете сталкиваться с такими вариантами:

Довольно создать блочное устройство нужного размера, потом подключить его к папке, и вы можете писать файлы в эксплуатационную память. Файловая система tmpfs позволяет помещать любые пользовательские файлы в оперативной памяти ПК.

procfs — по умолчанию смонтирована в папку proc и включает всю информацию о запущенных в системе процессах, а также самый-самом ядре.

sysfs — с помощью этой файловой системы вы сможете задавать различные настройки ядра во время исполнения.

Виртуальные файловые системы в ОС Linux

Разработчики ядра досоздали модуль FUSE ( filesystem in userspace), который дозволяет создавать файловые системы в пространстве пользователя. К условным файловым системам можно отнести ФС для шифрования и сетные файловые системы.
EncFS — файловая система, какая шифрует все файлы и сохраняет их в зашифрованном виде в необходимую директорию. Не все файловые системы нужны в ядре. Имеется даже очень экзотические варианты, обратите вниманье на проект PIfs. Существуют некоторые решения, какие можно реализовать и в пространстве пользователя. Получить доступ к дешифрированным данным можно только примонтировав файловую систему.
Aufs (AnotherUnionFS) — дозволяет объединять несколько файловых систем (папок) в одну всеобщую.
NFS (Network Filesystem) — позволяет примонтировать файловую систему далёкого компьютера по сети.
Таких файловых систем весьма много, и мы не будем перечислять все их в данной статье.

Как узнать файловую систему в ОС Linux?

Оказывается, что команда file сможет дать много информации не только об обычных файлах, но и о файлах механизмов (вспомните, что в Linux всё есть файл). Иногда случается необходимо узнать файловую систему раздела диска в Linux. Установить файловую систему для смонтированных разделов можно с поддержкою команды df с ключем -T. Если же раздел не смонтирован, то выручит команда file с ключем -s, как указано выше. Пример, чтобы определить, какая файловая система на разделе /dev/sda1, накопите в командной строке команду file с ключем -s. Как это постоянно бывает в системах типа Linux/UNIX, спрашиваемый результат можно получить множеством способов.

Источник