Структура записи информации основной файловой системы

Файловая система Linux представляет из себя дерево, начинающееся от корня. Полное дерево каталогов разделено на части, каждая из которых может располагаться на своем диске или в своем разделе в интересах упрощения системного администрирования и резервирования. Это позволяет работать в случае недостатка места на дисках. Главные части дерева каталогов: файловые системы root, /usr, /var и /home. Каждая часть имеет свою цель. Дерево каталогов было разработано так, чтобы оно хорошо работало в сети Linux-машин, которые могут совместно использовать некоторые части файловых систем устройств доступных только для чтения или сети с NFS.

Корневая файловая система специфична для каждой машины обычно она хранится на локальном диске, хотя это мог бы быть ramdisk или сетевой диск и содержит файлы, которые являются необходимыми для загрузки системы. Содержимого корневой файловой системы достаточно для загрузки в однопользовательском режиме. Именно эта файловая система используется при загрузке до тех пор, пока не будут смонтированы другие файловые системы. Она также содержит инструментальные средства для ремонта поврежденной системы и для восстановления потерянных файлов из резервных копий.

Раздел /usr содержит все команды, библиотеки, man-страницы, исходные тексты и другие неизменяемые файлы, необходимые для нормальной работы системы. Никакие файлы в /usr не должны быть специфическими для любой конкретной машины, и при этом они не должны измениться при нормальном использовании. Это позволяет файлам быть разделенными по сети, что может быть практично, так как это сохраняет дисковое пространство и упрощает администрирование, т.к. только машина, на которой хранится /usr, должна быть изменена при модификации прикладной программы, а не каждая машина отдельно. Даже если файловая система находится на локальном диске, она может быть установлена только для чтения, что уменьшит возможность искажения в случае отказа.

Раздел /var содержит файлы, которые изменяются в ходе работы системы. Например, там лежат каталоги буферов для почты, новостей, печати и т.п., файлы протоколов, форматированных man-страниц и временные файлы.

Раздел /home содержит все домашние каталоги пользователей системы, то есть, все реальные данные системы. Отделение пользовательских каталогов от системы упрощает резервирование данных. Если пользователей много, этот раздел может быть разделён на несколько, например, /home/students и /home/teacher.

Названные разделы могут храниться как на отдельных дисках, так и на одном диске, если речь идет о небольшом сервере или личном однопользовательском компьютере. Дерево каталогов может быть также разделено по-другому, в зависимости от того, насколько большие диски использованы, и как распределено место на них для различных целей, тем не менее, важно, чтобы все стандартные имена работали; даже если, скажем, /var и /usr фактически на том же самом разделе, имена /usr/lib/libc.a и /var/log/messages должны работать, например, перемещая файлы из /var в /usr/var, и делая /var ссылкой на /usr/var.

Структура файловой системы в Unix группирует файлы по их назначению, то есть, все команды находятся в одном месте, все файлы данных в другом, документация в третьем и так далее. Альтернативный вариант группировал файлы согласно программе, которой они принадлежат, то есть, все Emacs-файлы были бы в одном каталоге, весь TeX в другом, и так далее. Проблема с последним подходом состоит в том, что это делает трудным совместно использовать файлы каталог программ часто содержит статические, общие, изменяющиеся и личные файлы, и иногда даже находить файлы, например, man-страницы в огромном числе мест, благодаря чему поиск их программой просмотра сильно осложняется.

Файловая система root должна быть небольших размеров, так как она содержит важные файлы и команды. Чем меньше объем файловой системы и чем реже она подлежит изменениям, тем меньше вероятность ее повреждения. Если система root повреждена, то обычно это означает, что начальная загрузка компьютера невозможна, кроме отдельных методов, например при помощи дискет.

Файловая система дистрибутива имеет архитектуру классической файловой системы ОС Linux с единым корневым каталогом, обозначаемым символом обратной косой черты "слэш" — /.

Ниже приведено описание основных каталогов верхнего уровня.

/bin - В этом каталоге хранятся основные команды, необходимые пользователю для работы в системе. Например, такие как командные оболочки и команды файловой системы ls, cp и т.д.. Каталог /bin обычно не изменяется после установки. Если изменяется, то обычно лишь при обновлениях пакетов программ, предоставленных разработчиками операционной системы.

/boot - В этом каталоге хранятся файлы, используемые загрузчиком ОС — LInux LOader LILO. Этот каталог так же практически не изменяется после установки.

/dev - В этом каталоге размещены описания устройств системы. В Linux всё рассматривается, как файл, даже различные устройства, такие как последовательные порты, жёсткие диски и сканеры. Для получения доступа к определённому устройству, необходимо чтобы существовал специальный файл, называемый device node. Все эти файлы находятся в каталоге /dev. Аналогично устроено большинство UNIX-подобных операционных систем.

/etc - Этот каталог содержит файлы настроек: всё, от конфигурационных файлов системы X Window, базы данных пользователей и до стартовых сценариев.

/home - В этом каталоге размещены домашние каталоги пользователей. Linux является многопользовательской системой и каждому пользователю присваивается имя и уникальный каталог для персональных файлов. Этот каталог называется домашним каталогом пользователя.

/lib - В этом каталоге находятся системные библиотеки, необходимые для основных программ: библиотека C, динамический загрузчик, библиотека ncurses, модули ядра и другое.

/lib/modules - Подгружаемые модули для ядра например, сетевые драйверы или поддержка дополнительных файловых систем.

/lost+found - В этом каталоге сохраняются восстановленные части файловой системы. При загрузке системы происходит проверка файловых систем на наличие ошибок. Для исправления ошибок файловой системы запускается программа fsck.

/mnt - Этот каталог предоставляется как временная точка монтирования для жёстких дисков, дискет, компакт-дисков или отключаемых устройств.

/opt - В этом каталоге размещаются дополнительные пакеты программ. Особенность Linux в том, что все пакеты программ, устанавливаются в этот каталог, например /opt/<программный пакет>. В последствии если этот пакет больше не будет нужен, то достаточно всего лишь удалить соответствующий каталог. В дистрибутивах SlackWare некоторые программы изначально поставляются в каталоге /opt, например, KDE - в /opt/kde.

/proc - Это специальный каталог не входящий в файловую систему. Каталог /proc представляет собой виртуальную файловую систему, которая предоставляет доступ к информации ядра. Различная информация, которую ядро может сообщить пользователям, находится в "файлах" каталога /proc. Например, в файле /proc/modules находится список загруженных модулей ядра. А в файле /proc/cpuinfo — информация о процессоре компьютера.

/root- Это домашний каталог администратора, вместо /home/root. Это потому, что каталог /home может находиться в разделе, отличном от корневого и если по какой-то причине /home не может быть подключён, то пользователь root вынужден будет войти в систему, чтобы решить проблему. И если его домашний каталог на другом диске, то это усложнит вход в систему.

/sbin - В этом каталоге хранятся основные программы, выполняемые пользователем root а так же программы, выполняемые в процессе загрузки. Обычные пользователи не могут пользоваться этими программами.

/tmp - Временное хранилище данных. Все пользователи имеют права чтения и записи в этом каталоге.

/usr - Это один из самых больших каталогов в системе. Практически всё остальное расположено здесь. Программы, документация, исходный код ядра и система X Window. Именно в этот каталог, чаще всего, устанавливаются программы.

/var - В этом каталоге хранятся системные лог-файлы, кэш-файлы и файлы-замки программ. Это каталог для часто меняющихся данных.

Каталог /etc - В этом каталоге содержится довольно много различных конфигурационных файлов. Некоторые из них рассмотрены ниже. Здесь также располагаются файлы, используемые для конфигурирования сети.

/etc/rc.d - Командные файлы, выполняемые при запуске системы или при смене ее уровня выполнения.

/etc/passwd - База данных пользователей, в которой содержится информация об имени пользователя, его настоящем имени, личном каталоге, зашифрованный пароль и другие данные. Формат этого файла рассмотрен в man-руководстве к команде passwd.

/etc/fdprm - Таблица параметров флоппи-дисковода, определяющая формат записи. Устанавливается программой setfdprm.

/etc/fstab - Список файловых систем, автоматически монтируемых во время запуска системы командой «mount –a», которая запускается из командного файла /etc/rc.d/rc.S. Здесь также содержится информация о swaр-областях, автоматически устанавливаемых командой «swapon –a».

/etc/group - Подобен файлу /etc/рasswd, только здесь содержится информация о группах, а не о пользователях.

/etc/inittab- Конфигурационный файл демона init.

/etc/issue - Выводится программой getty перед приглашением login. Обычно здесь содержится краткое описание системы.

/etc/magic - Конфигурационный файл команды file. Содержит описания различных форматов файлов, опираясь на которые эта команда определяет тип файла.

/etc/motd - Сообщение дня, автоматически выводится при успешном подключении к системе. Часто используется для информирования пользователей об изменениях в работе системы. Немного напоминает «совет дня» в Windows.

/etc/mtab - Список смонтированных на данный момент файловых систем. Изначально устанавливается командными файлами при запуске, а затем автоматически модифицируется командой mount. Используется при необходимости получения доступа к смонтированным файловым системам.

/etc/shadow - Теневая база данных пользователей. При этом информация из файла /etc/рasswd перемещается в /etc/shadow, который недоступен для чтению никому, кроме пользователя root. Это усложняет взлом системы.

/etc/login.defs - Конфигурационный файл команды login.

/etc/printcap - То же, что и /etc/termcap, только используется при работе с принтером.

/etc/profile - Этот командный файл выполняется оболочкой Bourne Shell при запуске системы, что позволяет изменять системные установки для всех пользователей.

/etc/securetty - Определяет терминалы, с которых может подключаться к системе пользователь root. Обычно это только виртуальные консоли, что усложняет взлом системы через модем или сеть.

/etc/shells - Список рабочих оболочек. Команда chsh позволяет менять рабочую оболочку только на оболочки, находящиеся в этом файле. Процесс ftрd, предоставляющий работу с FTР, проверяет наличие оболочки пользователя в файле /etc/shells и не позволяет пользователю подключится к системе, пока ее имя не будет найдено в этом файле.

/etc/termcap - База данных совместимости терминалов. Здесь находятся escape-последовательности для различных типов терминалов, что позволяет работать программам на разных типах терминалов.

Каталог /dev - В этом каталоге находятся файлы устройств. Файлы устройств создаются во время установки системы, а затем с помощью скрипта /dev/MAKEDEV. Файл /dev/MAKEDEV.local используется при создании локальных файлов устройств или ссылок, т.е. тех, что не соответствуют стандарту MAKEDEV.

Каталог /usr - Обычно файловая система /usr достаточно большая по объему, так как многие программы установлены именно здесь. Вся информация в каталоге /usr помещается туда во время установки системы. Отдельно устанавливаемые пакеты программ и другие файлы размещаются в каталоге /usr/local. Некоторые подкаталоги системы /usr рассмотрены ниже.

/usr/X11R6 - Все файлы, используемые системой X Window. Для упрощения установки и администрирования, файлы системы X Window размещаются в отдельной структуре каталогов, которая находится в /usr/X11R6 и идентична структуре /usr.

/usr/bin - Практически все команды, хотя некоторые находятся в /bin или в /usr/local/bin.

/usr/sbin - Команды, используемые при администрировании системы и не предназначенные для размещения в файловой системе root например, здесь находится большинство программ-серверов.

/usr/man, /usr/info, /usr/doc - Файлы man-руководств, документации GNU Info и другая документация.

/usr/include - Подключаемые файлы библиотек для языка С.

/usr/src - Исходные тексты программ, установленных в системе, в том числе ядра Linux.

/usr/lib - Неизменяемые файлы данных для программ и подсистем, включая некоторые конфигурационные файлы. Имя lib происходит от library библиотека; первоначально библиотеки подпрограмм для программирования хранились в /usr/lib.

/usr/local - Здесь размещаются отдельно устанавливаемые пакеты программ и другие файлы.

Каталог /var - Эта файловая система содержит файлы, изменяемые при нормально работающей системе. Она специфична для каждого компьютера и не может быть разделена в сети между несколькими машинами.

/var/man/cat* - Временный каталог для форматируемых страниц руководств. Источником этих страниц является каталог /usr/man/man*. Некоторые руководства поставляются в отформатированном виде. Они располагаются в /usr/man/cat*. Остальные руководства перед просмотром должны быть отформатированы. Затем они помещаются в каталог /var/man и при повторном просмотре в форматировании не нуждаются. Каталог /var/man/cat часто очищается, таким же образом, как и прочие временные каталоги.

/var/lib - Файлы, изменяемые при нормальном функционировании системы.

/var/local - Изменяемые данные для программ, установленных в /usr/local то есть, программы которые были установлены администратором системы. Обратите внимание, что даже в местном масштабе установленные программы должны использовать другие /var каталоги, например, /var/lock.

/var/lock - Файлы-защелки. Многие программы при обращении к какому-либо файлу устройства создают здесь файл-защелку. Другие программы при обращении к какому-либо устройству сначала проверяют наличие файла-защелки в этом каталоге, а затем уже производят доступ к этому устройству.

/var/log - Журнальные файлы различных программ, в особенности login /var/log/wtmр, куда записываются все подключения и выходы из системы, и syslog /var/log/messages, где обычно хранятся все сообщения ядра и системных программ. Файлы из /var/log необходимо регулярно удалять, иначе разрастутся сверх всякой меры.

/var/run - Файлы, информация в которых соответствует действительности только до очередной перезагрузки системы. Например, файл /var/run/utmp содержит информацию о пользователях, подключенных к системе в данный момент.

/var/spool - Каталоги, используемые для хранения почты, новостей, очереди для принтера, а также для других задач. Для каждой задачи существует отдельный каталог в /var/spool, например, почтовые ящики пользователей хранятся в /var/spool/mail.

/var/tmp - Каталог для временных файлов, размер которых достаточно велик или время существования которых больше, чем в /tmp. Хотя администратор системы не должен бы держать очень уж старые файлы в /var/tmp.

Каталог /proc - Файловая система /proc является виртуальной и в действительности она не существует на диске. Ядро создает ее в памяти компьютера. Система /proc предоставляет информацию о системе изначально только о процессах — отсюда ее название. Некоторые наиболее важные файлы и каталоги рассмотрены ниже. Более подробную информацию о структуре и содержании файловой системы /proc можно найти в man-руководстве к proc.

/proc/1 - Каталог, содержащий информацию о процессе номер 1. Для каждого процесса существует отдельный каталог в /proc, именем которого является его числовой идентификатор.

/proc/cpuinfo - Информация о процессоре, такая как тип процессора, его модель, производительность и др.

/proc/devices - Список драйверов устройств, встроенных в действующее ядро.

/proc/dma - Задействованные в данный момент каналы DMA.

/proc/filesystems - Файловые системы, встроенные в ядро.

/proc/interruрts - Задействованные в данный момент прерывания.

/proc/ioports - Задействованные в данный момент порты ввода/вывода.

/proc/kcore - Отображение физической памяти системы в данный момент. Размер этого файла точно такой же, как и у памяти компьютера, только он не занимает места в самой памяти, а генерируется на лету при доступе к нему программ. Однако при копировании этого файла куда-либо, он не займет места на диске.

/proc/kmsg - Сообщения, выдаваемые ядром. Они также перенаправляются в syslog.

/proc/ksyms - Таблица символов ядра.

/proc/loadavg - Ориентировочная загруженность системы.

/proc/meminfo - Информация об использовании памяти, как физической, так и swap-области.

/proc/modules - Список модулей ядра, загруженных в данный момент.

/proc/net - Информация о сетевых протоколах.

/proc/self - Символическая ссылка к каталогу процесса, пытающегося получить информацию из /proc. При попытке двух различных процессов получить какую-либо информацию в /proc, они получают ссылки на различные каталоги. Это облегчает доступ программ к собственному каталогу процесса.

/proc/stat - Различная статистическая информация о работе системы.

/proc/uptime - Время, в течение которого система находится в рабочем состоянии.

/proc/version - Версия ядра.

Для OpenSUSE основной файловой системой является ext4. Fourth Extended File System четвёртая версия расширенной файловой системы, сокр. ext4, или ext4fs — журналируемая файловая система, используемая в ОС с ядром Linux. Основана на файловой системе ext3, которая является файловой системой по умолчанию во многих дистрибутивах Linux.

Впервые экспериментальная поддержка ext4 была выпущена в виде патча для Linux версий 2.6.19-rc1-mm1 и 2.6.19-rc1-git8 10 октября 2006 года программистом Эндрю Мортоном.

Новые возможности ext4 по сравнению с ext3:

Использование экстентов. В файловой системе ext3 адресация данных выполнялась традиционным образом, поблочно. Такой способ адресации становится менее эффективным с ростом размера файлов. Экстенты позволяют адресовать большое количество последовательно идущих блоков, до 128Мб, одним дескриптором. До 4-х указателей на экстенты может размещаться непосредственно в inode, что достаточно для файлов маленького и среднего размера.

48-битные номера блоков. При размере блока 4K это позволяет адресовать до одного экзабайта 2⁴⁸ x 4KB = 2⁵⁰ x 1KB = 2⁶⁰ B = 1 EB.

Выделение блоков группами. Файловая система хранит не только информацию о местоположении свободных блоков, но и количество свободных блоков, идущих друг за другом. При выделении места файловая система находит такой фрагмент, в который данные могут быть записаны без фрагментации. Это снижает уровень фрагментации файловой системы в целом.

Отложенное выделение блоков. Выделение блоков для хранения данных файла происходят непосредственно перед физической записью на диск, а не при вызове write. В результате, операции выделения блоков можно делать не по одной, а группами, что в свою очередь минимизирует фрагментацию и ускоряет процесс выделения блоков. С другой стороны, увеличивает риск потери данных в случае внезапного пропадания питания.

Превышен лимит в 32000 каталогов. В ext3, если не использовать специальные патчи, в одном каталоге можно было создать не более 32000 подкаталогов, или, если быть совсем точным, до 65535 каталогов, но, только изменяя константы ядра.

Резервирование inode'ов при создании каталога. При создании каталога резервируется несколько inode'ов. Впоследствии, при создании файлов в этом каталоге сначала используются зарезервированные inode'ы, и если таких не осталось, выполняется обычная процедура.

Размер inode по умолчанию увеличен с 128 до 256 байтов. Это дало возможность реализовать те преимущества, которые перечислены ниже.

Временные метки с наносекундной точностью. Более высокая точность времён, хранящихся в inode. Диапазон хранящихся времён тоже расширен: если раньше верхней границей хранимого времени было 18 января 2038 года, то теперь это 25 апреля 2514 года.

Версия inode. В inode появился номер, который увеличивается при каждом изменении inode файла. Это будет использоваться, например, в NFSv4, для того чтобы узнавать, изменился ли файл.

Хранение расширенных атрибутов в inode. Хранение расширенных атрибутов, таких как ACL, атрибутов SELinux и прочих, позволяет повысить производительность. Атрибуты, для которых недостаточно места в inode, хранятся в отдельном блоке размером 4KB. Предполагается снять это ограничение в будущем.

Контрольное суммирование в журнале. Контрольные суммы журнальных транзакций. Позволяют лучше найти и исправить ошибки при проверке целостности системы после сбоя.

Предварительное выделение. Сейчас для того, чтобы приложению гарантированно занять место в файловой системе, оно заполняет его нулями. В ext4 появилась возможность зарезервировать множество блоков для записи и не тратить на инициализацию лишнее время. Если приложение попробует прочитать данные, оно получит сообщение о том, что они не проинициализированы. Таким образом, несанкционированно прочитать удалённые данные не получится.

Дефрагментация без размонтирования. Пока не реализовано.

Неинициализированные блоки. Пока не реализовано. Позволяет ускорить проверку файловой системы с помощью fsck. Блоки, отмеченные как неиспользуемые, проверяются группами, и детальная проверка производится только если проверка группы показала, что внутри есть повреждения. Предполагается, что эта возможность может очень сильно ускорить процесс проверки целостности файловой системы; в зависимости от способа размещения данных время проверки будет составлять от 1/2 до 1/10 от нынешнего.

Дата добавления: 2015-08-31