Глава 4. Использование Дисков и Других Устройств Хранения Информации
При установке системы или изменении ее конфигурации обычно возникает много проблем с дисками. Нужно установить файловые системы на дисках так, чтобы на них могли хранится файлы, а также зарезервировать пространство для других частей операционной системы.
В этой главе рассматриваются все эти вопросы. Обычно, если система уже установлена, то каких-либо проблем с дисками в дальнейшем быть не должно, кроме pаботы с дискетами. При установке нового диска или его настройке следует обращаться к этой главе.
При администрировании дисков могут возникнуть следующие проблемы:
Форматирование диска (в настоящее время форматирование является необязательной процедурой для многих типов дисков).
Разделение диска, если диск будет использоваться для разных целей. Одна из причин разделения - это хранение разных операционных систем на одном диске. Другая причина - хранение пользовательских и системных файлов в pазных pазделах, что упрощает резервное копирование и восстановление, а также защиту системных файлов от повреждений.
Создание файловой системы на соответствующем диске или разделе. В системе Linux диск ничего не значит, пока на нем не установлена файловая система. Только после этого возможна работа с файлами.
Монтирование различных файловых систем для формирования единой структуры каталогов, как автоматически так и вручную (файловые системы, монтируемые вручную, должны быть вpучную демонтированы).
В главе 6 рассматриваются вопросы буфеpизации дисков и работы с виртуальной памятью, что также нужно знать при работе с дисками.
В этой главе рассматриваются вопросы, которые необходимо знать при работе с жесткими и гибкими дисками. К сожалению здесь не рассматривается использование ленточных накопителей и приводов для компакт дисков.
4.1. Типы устройств
В системе UNIX, а следовательно и Linux, существует два типа устройств: блочные устройства с прямым доступом (такие как диски) и символьные устройства (такие как ленточные накопители и последовательные порты), некоторые из них могут быть последовательными, а некоторые - с прямым доступом. Каждое поддерживаемое устройство представляется в файловой системе файлом устройства. При выполнении операций чтения или записи с подобным файлом, происходит обмен данными между устройством, на которое указывает этот файл. Такой способ доступа к устройствам позволяет не использовать специальные программы (а также специальные методы програмирования, такие как работа с прерываниями). Например, для распечатки файла на принтере, используется следующая команда:
ttyp5 root ~ $ cat filename > /dev/lp1
ttyp5 root ~ $
Однако, для распечатки файлов используется специальная программа (обычно lpr(1)), которая контролирует поток поступающих файлов во избежание возникновения конфликтных ситуаций, например, при попытке распечатать на одном принтере одновpеменно несколько разных файлов. По мере распечатки, новые файлы поступают автоматически. По подобной схеме работает большинство устройств. Однако с файлами устройств проблемы возникают очень редко.
Так как устройства отображаются как файлы в файловой системе (в каталоге /dev), несложно обнаружить с помощью команды ls(1) какие существуют файлы устройств. После выполнения команды ls -l на экран выводится список файлов, причем в первой колонке содержится тип файла и права доступа к нему. Например, для просмотра файла, соответствующего последовательному порту, используется следующая команда:
ttyp5 root ~ $ ls -l /dev/cua0
crw-rw-rw- 1 root uucp 5, 64 Nov 30 1993 /dev/cua0
ttyp5 root ~ $
Первый символ в первой колонке, т.е. 'c', показывает тип файла, в данном случае символьное устройство. Для обычных файлов используется символ '-', для каталогов - 'd', для блочных устройств - 'b' (см. pуководство к команде ls(1) для более подробной информации).
Наличие большого количества файлов устройств совсем не означает, что эти устройства на самом деле установлены. Наличие файла /dev/sda ни о чем не говорит и совсем не означает, что в компьютере установлен жесткий диск SCSI. Это предусмотрено для облегчения установки программ и нового оборудования (нет необходимости искать нужные параметры и создавать файлы для новых устройств).
4.2. Жесткие диски
В этом разделе рассматриваются термины, связанные с использованием жестких дисков.
Жесткий диск состоит из одной или нескольких круглых пластин, одна или обе стороны которой покрыты магнитным материалом, используемым для хранения информации. Для каждой стороны предусмотрена головка, позволяющая считывать или записывать информацию. Пластины вращаются на одной оси обычно со скоростью 3600 оборотов в минуту, хотя в более быстрых пpиводах используются более высокие скорости. Головки перемещаются вдоль радиуса поверхности пластин, что позволяет получить доступ к любой точке поверхности.
Центральный процессор (CPU) и жесткий диск обмениваются информацией через дисковый контроллер. Это упрощает схему обращения и работы с диском, так как контроллеры для разных типов дисков могут быть построены с использованием одного интерфейса для связи с компьютером. Поэтому, например, для считывания сектора можно воспользоваться всего лишь одной командой вместо сложных последовательностей электрических сигналов для того, чтобы переместить головки к нужной позиции, синхронизировать вращение диска и считывание или запись данных и др. (на самом деле, интерфейс между компьютером и контроллером тоже достаточно сложен, но не на столько, на сколько он был бы без использования контроллера). Котроллер также выполняет и некоторые другие функции, такие как буфеpизация информации или автоматическая замена плохих секторов.
Существуют еще некоторые понятия, знание которых необходимо для понимания работы жесткого диска. Обычно поверхности делятся на концентрические кольца, называемые дорожками или трэками, которые, в свою очередь, делятся на сектора. Такое разделение нужно для указания нужных позиций на диске и для распределения дискового пространства на файлы. Для нахождения нужной информации на диске достаточно примерно следующих данных: "поверхность 3, дорожка 5, сектор 7". Обычно количество секторов на дорожке одинаково для всех дорожек на диске, хотя в некоторых устройствах на внешних трэках размещается большее количество секторов (все сектора имеют один и тот же физический размер, поэтому на более длинных дорожках помещается больше секторов). Стандартный размер сектора равен 512 байт. Диск не может оперировать данными, объем которых менее одного сектора.
Каждая поверхность разделена на дорожки (и сектора) таким образом, что при перемещении головки одной поверхности к какой-либо дорожке, головки остальных поверхностей будут установлены на этой же дорожке. Совокупность всех таких дорожек называется цилиндром. Для перемещения головок от одной дорожки (цилиндра) к другой требуется какое-то количество времени. Таким образом, если разместить данные, доступ к которым чаще всего производится сразу (например, файл), в одном цилиндре, то необходимость в перемещении головок отпадает. Это повышает производительность работы диска. Не всегда представляется возможным разместить файл подобным образом. Файлы, которые хранятся в разных местах на диске, называются фрагментированными.
Количество поверхностей (или головок, что в принципе одно и то же), цилиндров и секторов сильно различается у разных устройств. Совокупность таких параметров называется структурой диска, которая хранится в специальной памяти, для питания которой используются аккумуляторы. Эта память называется CMOS RAM, откуда операционная система может считывать информацию во время ее загрузки или во время установки драйвера.
К сожалению, BIOS построен так, что не представляется возможным указать дорожку, номер которой превышает 1024, для записи в CMOS RAM, что является серьезным ограничением для дисков больших объемов. Для решения этой проблемы контроллер жесткого диска передает заведомо неправильную информацию о структуре диска и преобразует данные, представляемые компьютером, в нечто, соответсвующее реальности. Например, жесткий диск может состоять из 8 головок, 2048 дорожек с 35 секторами в каждой. В то время как контроллер может утверждать, что диск имеет 16 головок и 1024 дорожки с 35 секторами в каждой, не превышая предела на хранение в CMOS RAM числа дорожек и преобразуя адресацию уменьшая номер головки вдвое и удваивая номер дорожки. Преобразование адресов искажает представление операционной системы о структуре диска, что усложняет размещение требуемой информации на одном цилиндре для увеличения производительности.
Преобразование используется только для IDE дисков. В SCSI дисках используется доступ с применением последовательного номера сектора (который контроллер преобразует в номер головки, цилиндра и сектора диска) и другой метод обмена информацией с процессором. Однако, процессор может не иметь представления о реальной структуре диска.
Так как системе Linux часто не известна информация о структуре диска, то в файловых системах не используется размещение отдельных файлов в пределах одного цилиндра. Вместо этого применяется размещение файлов в цепочках последовательно расположенных секторов, что дает приблизительно одинаковую производительность. Хотя проблема усложняется за счет использования специальных возможностей контроллера, таких как внутреннее кэширование и других автоматических функций.
Каждый жесткий диск представлен отдельным файлом. Для IDE дисков обычно существует только два таких файла. Они известны как /dev/hda и /dev/hdb соответственно. Для SCSI дисков используются файлы /dev/sda и /dev/sdb и т.д. Подобные обозначения применяются и для других типов дисков. Файлы устройств для жестких дисков предоставляют доступ к целому диску, не рассматривая разделы (которые будут описаны ниже) и поэтому не составляет труда перепутать разделы диска или информацию в них, если не быть достаточно осторожным. Файлы жестких дисков обычно используются для доступа к информации в MBR (которые также рассмотрены ниже).
4.3. Гибкие диски
Гибкий диск состоит из мягкой пластины, покрытой с одной или обоих сторон материалом, подобным тому, которым покрыты пластины в жестком диске. У самой дискеты нет никаких головок, они установлены в приводе. Дискету можно сравнить с одной пластиной, установленной в жестком диске, только дискета является съемной и привод может использоваться для работы с различными дисками, в то время как жесткий диск является одним неделимым устройством.
Также как жесткий диск, дискета делится на дорожки и сектора (а две соответствующие дорожки на разных сторонах составляют цилиндр), но их намного меньше, чем на жестком диске.
Дисковод может работать с несколькими типами дискет. Например, привод на 3.5 дюйма может работать с дисками на 720 Кб и 1.44 Мб. Так как при использовании разных типов дисков, работа самого привода немного различается, к тому же операционная система должна иметь представление об объеме диска, существует множество файлов устройств для работы с приводами для гибких дисков. Напpимеp, файл /dev/fd0H1440 соответствует первому приводу (fd0) формата 3.5 дюйма с дискетой на 3.5 дюйма высокой плотности (H) объемом 1440 Кб (1440), т.е. позволяет pаботать с обычными дискетами на 3.5 дюйма.
Имена файлов для приводов гибких дисков довольно сложные, поэтому в системе Linux существует специальный тип устройства, который автоматически определяет тип используемого гибкого диска. Метод определения заключается в последовательном чтении первого сектора вставленной дискеты с пpименением различных способов чтения, до тех пор, пока он не будет правильно считан. Естественно, диск должен быть сначала отформатирован. Автоматическими устройствами являются /dev/fd0, /dev/fd1 и т.д.
Параметры для автоматических устройств, которые используются для доступа к диску, могут быть установлены с помощью программы setfdprm(8). Это может быть полезно в некоторых случаях, например, если используются дискеты нестандартного объема (т.е. дискета имеет нестандартное количество секторов в дорожке) или если определение типа диска по какой-либо причине не работает и соответствующий файл устройства отсутствует.
4.4. Форматирование
Форматирование - это процесс записи специальных отметок на магнитную поверхность, которые используются для разделения дорожек и секторов. Перед форматированием диска его поверхность состоит из смеси различных магнитных сигналов. При форматировании эти сигналы упорядочиваются и происходит формирование дорожек и секторов. В действительности, все намного сложнее и выходит за рамки этой книги. Нужно знать только то, что диск не может использоваться, до тех пор пока он не будет отформатирован.
При работе в MS-DOS, форматирование также включает в себя процесс создания файловой системы. Там часто эти два процесса совмещены, особенно при работе с гибкими дисками. Но если нужно сделать разграничение, то действительным форматированием называют форматированием на низком уровне, а создание файловой системы - форматированием на высоком уровне. При работе в системе UNIX (а также в этой книге) вместо этих двух понятий будут использоваться понятия форматирование и, соответственно, формирование файловой системы.
Для IDE и некоторых SCSI дисков форматирование производится при их изготовлении и, обычно, не требуется повторения этой процедуры, поэтому большинство людей редко об этом задумываются. В действительности, форматирование диска может привести к ухудшению его работы, например, по причине того, что диск должен быть отформатирован специальным образом для обеспечения возможности замены плохих секторов.
Форматируемые диски часто поставляются со специальной программой, потому как внутренние интерфейсы у разных приводов различны. Эта программа обычно раположена в микросхеме BIOS контроллера или поставляется отдельно как программа для MS-DOS. Ни одни из них не могут быть использованы для системы Linux.
Во время форматирования могут быть обнаружены плохие блоки или сектора, которые не должны быть использованы при дальнейшей работе. Эти функции возлагаются на файловую систему. Хотя можно создать небольшой раздел диска, который включает в себя только плохие блоки. Это эффективно при большом количестве плохих блоков, так как при работе файловой системы могут возникнуть некоторые трудности, связанные с размером неиспользуемой области.
Для форматирования дискет используется программа fdformat(8). В качестве параметра указывается файл устройства. Например, следующая команда используется для форматирования обычной дискеты размером 3.5 дюйма высокой плотности в первом приводе для гибких дисков:
ttyp5 root ~ $ fdformat /dev/fd0H1440
Double-sided, 80 tracks, 18 sec/track. Total capacity 1440 kB.
Formatting ... done
Verifying ... done
ttyp5 root ~ $
Если для форматирования используется автоматическое устройство (например, /dev/fd0), то сначала нужно указать параметры этого устройства с помощью программы setfdprm(8). Для получения такого же результата, как в предыдущем примере, нужно выполнить следующие действия:
ttyp5 root ~ $ setfdprm /dev/fd0 1440/1440
ttyp5 root ~ $ fdformat /dev/fd0
Double-sided, 80 tracks, 18 sec/track. Total capacity 1440 kB.
Formatting ... done
Verifying ... done
Double-sided, 80 tracks, 18 sec/track. Total capacity 1440 kB.
Formatting ... done
Verifying ... done
ttyp5 root ~ $
Обычно проще указать точный файл устройства, который соответствует типу форматируемого диска.
Программа fdformat также используется для выявления плохих блоков. Она обрабатывает плохой блок несколько раз. Если проблема не очень серьезна (загрязненная рабочая поверхность считывающих/записывающих головок, плохой контакт в разъеме контроллера), то fdformat продолжит свою работу, но возникновение реальной ошибки прервет процесс проверки. Ядро отображает появление каждой ошибки на терминале. Если используется syslog, то сообщение поступает в файл /usr/adm/messages. fdformat не сообщает специфику ошибки (обычно это не имеет значения, так как дисководы это довольно дешевые устройства и их замена не составляет проблем).
ttyp5 root ~ $ fdformat /dev/fd0H1440
Double-sided, 80 tracks, 18 sec/track. Total capacity 1440 kB.
Formatting ... done
Verifying ... read: Unknown error
ttyp5 root ~ $
Команда badblocks(8) используется для поиска плохих блоков на любом диске или разделе диска (включая гибкие диски). Она не форматирует диск, поэтому может быть использована для проверки даже существующих файловых систем. В следующем примере рассматривается проверка 3.5 дюймовой дискеты с двумя плохими блоками.
ttyp5 root ~ $ badblocks /dev/fd0H1440
718
719
ttyp5 root ~ $
Программа выводит номера найденных плохих блоков. Во многих файловых системах есть средства, позволяющие избежать использования таких блоков. Для таких целей существует список известных плохих блоков, который инициализируется при установке файловой системы и может быть модифицирован в дальнейшем. Первичный поиск плохих блоков производится при выполнении команды mkfs (которая инициализирует файловую систему), в последующем проверка производится с помощью программы badblocks, а модификация списка - при помощи команды fsck. Эти команды будут рассмотрены ниже.
4.5. Дисковые разделы
Весь жесткий диск может быть разбит на несколько разделов, причем каждый раздел представлен так, как если бы это был отдельный диск. Разделение используется, например, при работе с двумя операционныи системами на одном диске. При этом каждая операционная система использует для работы отдельный раздел и не взаимодействует с другими. Таким образом, две различные системы могут быть установлены на одном жестком диске. Без использования разделов в данном случае возникла бы необходимость в приобритении второго диска.
Для гибких дисков разделы не предусмотрены. В большинстве случаев для этого нет необходимости, так как их объем достаточно мал.
4.5.1. MBR, загрузочные сектора и таблица разделов
Информация о разделении жесткого диска находится в первом секторе (т.е. в первом секторе первой дорожки первого диска). Этот сектор называется MBR (сокращение от Master Boot Record) этого диска. При загрузке компьютера BIOS загружает его в память и выполняет. MBR содержит небольшую программу, которая считывает таблицу разделов, находит активный раздел (т.е. раздел, отмеченный как загрузочный) и считывает первый сектор этого раздела, который называется загрузочным сектором (MBR также является загрузочным сектором, но он выполняет специальные функции и поэтому имеет отдельное название). Этот сектор содержит другую небольшую программу, которая, в свою очередь, считывает начальную часть операционной системы, расположенной в этом разделе, а затем выполняет ее.
Схема разделения не встроена в оборудование или даже в BIOS. Это только стандарт, которого придерживается большое количество операционных систем. Не все системы поддерживают его, но они являются исключениями. Некоторые системы поддерживают разделение, но они занимают всего один раздел на диске и используют свою внутреннюю схему разделения в пределах используемого раздела. Такие операционные системы нормально работают с другими системами (включая Linux), которые находятся на том же диске. Но те операционные системы, которые не поддерживают разделы, не могут быть установлены вместе с другими системами на одном диске.
Из мер предосторожности следует записать таблицу разделов. Если эта таблица каким-либо образом повредится, то все файлы останутся в сохранности (испорченная таблица разделов может быть исправлена при помощи программы fdisk).
4.5.2. Расширенные и логические разделы
Изначально, в схеме разделения жесткого диска в PC допускалось использование только четырех разделов. Но вскоре этого оказалось недостаточно, частично по причине того, что многим для работы требуется более четырех операционных систем (например, Linux, MS-DOS, OS/2, Minix, FreeBSD, NetBSD, Windows/NT и т.д.), но в основном из-за того, что одной системой используется несколько разделов. Например, в системе Linux swap-область чаще всего размещается в отдельном разделе (а не в основном разделе Linux) для повышения скорости обмена (см. ниже).
Для решения этой проблемы была разработана схема, использующая расширенные разделы. Она позволяет разбивать основной раздел на подразделы. Основной раздел, разбитый таким образом, называется расширенным разделом, а подразделы называются логическими разделами. Они функционируют так же, как и основные разделы, различие состоит в схеме их создания.
Ниже дан пpимеp pазбиения жеского диска на pазделы. Весь диск разбит на три основных раздела, второй из которых разбит на два логических. Часть диска не используется вообще. Весь диск, как целое, и каждый основной раздел имеют свой загрузочный сектор.
----------------------------------------
| MBR |
|--------------------------------------|
| Загрузочный сектор |
|--------------------------------------| Основной
| |
| Область данных раздела | раздел
| |
|--------------------------------------|------------
| Загрузочный сектор | |
|--------------------------------------| |
| Неиспользуемый загрузочный сектор | Логический|
|--------------------------------------| |
| | раздел |
| Область данных раздела | |
| | | Расширенный
|--------------------------------------|-----------|
| Неиспользуемый загрузочный сектор | | раздел
|--------------------------------------| Логический|
| | |
| Область данных раздела | раздел |
| | |
|--------------------------------------|------------
| |
| Неиспользуемое дисковое пространство |
| |
|--------------------------------------|------------
| Загрузочный сектор |
|--------------------------------------| Основной
| |
| Область данных раздела | раздел
| |
|---------------------------------------------------
4.5.3. Типы разделов
Таблицы разделов (одна находится в MBR, другие используются для расширенных разделов) содержат один байт для каждого раздела, который указывает тип раздела. Это позволяет определить операционную систему, которая использует раздел или для чего он используется во избежание случайного размещения двух систем на одном разделе. Однако, в действительности, операционные системы игнорируют байт типа раздела. Например, система Linux вообще не имеет представления о его существовании. Хуже того, некоторые системы неправильно его интерпретируют (по крайней мере, некоторые версии DR-DOS игнорируют самый важный бит этого байта, в отличие от других).
Не существует никаких стандартов, касающихся значений этих байтов, хотя некоторые общепринятые значения приведены в таблице ниже. Такую же информацию предоставляет программа Linux fdisk.
0 пустой раздел 40 Venix 80286 94 Amoeba BBT
1 DOS 12-битная FAT 51 Novell a5 BSD/386
2 XENIX root 52 Microport b7 BSDI fs
3 XENIX usr 63 GNU HURD b8 BSDI swap-область
4 DOS 16-бит (<32Мб) 64 Novell c7 Syrinx
5 расширенный 75 PC/IX db CP/M
6 DOS 16-бит (>=32Мб) 80 Old MINIX e1 DOS
7 OS/2 HPFS 81 Linux/MINIX e3 DOS r/o
8 AIX 82 Linux swap-область f2 DOS дополнительный
9 AIX загрузочный 83 Linux ff BBT
a OS/2 загрузочный 93 Amoeba
4.5.4. Разделение жесткого диска
Существует много программ, позволяющих создавать и удалять разделы. У большинства операционных систем имеются свои собственные и разумнее всего пользоваться именно такими программами. Чаще всего эта программа называется fdisk (как и в случае Linux). Особенности работы с ней рассмотрены в ее руководстве. Команда cfdisk подобна fdisk, только в первой используется полноэкранный интерфейс.
При pаботе с IDE дисками, загрузочный раздел (раздел, в котором находятся файлы, используемые при загрузке и само ядро) должен полностью располагаться в пределах первых 1024 цилиндров, потому как во время загрузки работа с диском происходит через BIOS (перед переходом системы в защищенный режим), а BIOS не может оперировать с цилиндрами, номер которых больше, чем 1024. Иногда представляется возможным использование загрузочного раздела, лишь частично расположенного в пределах первых 1024 цилиндров. Данный метод работает до тех пор, пока все файлы, считываемые посредством BIOS, находятся в пределах 1024 цилиндров. Так как это сделать довольно сложно, то пpименение этого метода не рекомедуется. Сложно предугадать, когда после дефрагментации или сбрасывании содержимого буфера на диск система перестанет загружаться. Поэтому следует удостовериться в том, что загрузочный раздел расположен в пределах первых 1024 цилиндров.
Некоторые последние версии BIOS и недавние модели IDE дисков в действительности позволяют pаботать с цилиндрами, номер которых превышает 1024.
Каждый раздел должен содержать четное количество секторов, так как в системе Linux используются блоки размером в 1 Кб, т.е. два сектора. Нечетное количество секторов приведет к тому, что последний из них будет неиспользован. Это ни на что не влияет, но пpи запуске fdisk будет выдано пpедупpеждение.
При изменении размера раздела обычно требуется сначала сделать резервную копию всей необходимой информации, удалить раздел, создать новый раздел, а затем восстановить всю сохраненную информацию на новый раздел. Хотя существует программа для MS-DOS под названием fips, которая позволяет изменять объем раздела без резервного копирования, но для других файловых систем эту опеpацию необходимо пpоизводить.
4.5.5. Файлы устройств и разделы
Каждому основному и расширенному разделу соответствует отдельный файл устpойства. Существует соглашение для имен подобных файлов, которое состоит в добавлении номера раздела к имени файла самого диска. 1-4 разделы являются основными (вне зависимости от того, сколько существует основных pазделов), а 5-8 - логическими (вне зависимости от того, к какому основному разделу они относятся). Например, /dev/hda1 соответствует первому основному разделу первого IDE жесткого диска, а /dev/sdb7 - третьему расширенному разделу второго SCSI диска.
4.6. Файловые системы
4.6.1. Что такое файловая система?
Файловая система - это методы и структуры данных, которые используются операционной системой для хранения файлов на диске или его разделе. О файловой системе также говорят, ссылаясь на раздел или диск, используемый для хранения файлов или тип файловой системы.
Нужно видеть разницу между диском или разделом и установленной на нем файловой системой. Некоторые программы (например, программы установки файловой системы) при обращении к диску или разделу используют прямой доступ к секторам. Если на этом месте была файловая система, то она будет серьезно повреждена. Большинство программ взаимодействуют с диском посредством файловой системы, и, следовательно, их работа будет нарушена, если на разделе или диске никакая система не установлена (или тип файловой системы не соответствует требуемуму).
Перед тем, как раздел или диск могут быть использованы в качестве файловой системы, она должна быть инициализирована, а требуемые данные перенесены на этот диск. Этот процесс называется созданием файловой системы.
У большей части файловых систем UNIX сходная структура, а их некоторые особенности очень мало различаются. Основными понятиями являются: суперблок, индексный дескриптор (inode), блок данных, блок каталога и косвенный блок. В суперблоке содержится информация о файловой системе в целом, например, ее размер (точная информация зависит от типа файловой системы). В индексном дескрипторе хранится вся информация о файле, кроме его имени. Имя файла хранится в блоке каталога, вместе с номером дескриптора. Запись каталога содержит имя файла и номер индексного дескриптора соответствующего файла. В этом дескрипторе хранятся номера нескольких блоков данных, которые используются для хранения самого файла. В inode есть место только для нескольких номеров блоков данных, однако, если требуется большее количество, то пространство для указателей на блоки данных динамически выделяется. Такие блоки называются косвенными. Для того, чтобы найти блок данных, нужно сначала найти его номер в косвенном блоке.
В файловых системах UNIX обычно имеется возможность создания дыр в файлах (это можно сделать с помощью команды lseek(2), см. руководство). Это означает, что файловая система предоставляет ложную информацию о том, что в каком-то месте в файле содержатся нулевые байты, но в действительности для этого не выделяются сектора (это означает, что файл будет занимать несколько меньше места на диске). Это часто используется особенно в небольших двоичных программах, библиотек Linux, в некоторых базах данных и в других отдельных случаях. (Дыры реализуются хранением специального значения в косвенном блоке или индексном дескрипторе вместо адреса блока данных. Это специальное значение показывает, что для данной части файла блоки данных не размещены и, следовательно, что в файле есть дыра.)
Использование дыр достаточно эффективно. На компьютере с общим дисковым пространством в 200 Мб, простые измерения показывают, что применение дыр дает экономию в 4 Мб. Однако, эти измерения проводились на системе, где было установлено относительно мало программ и отсутствовали файлы баз данных. Метод измерения дыр рассмотрен в приложении B.
4.6.2. Типы файловых систем
Linux поддерживает несколько типов файловых систем. Наиболее важные из них рассмотрены ниже.
minix Считается самой старой и самой надежной файловой системой, но достаточно ограниченной в своих возможностях (у файлов отсутствуют некоторые временные параметры, длина имени файла ограничена 30-ю символами) и доступных объемах (максимум 64 Мб на одну файловую систему).
xia Модифицированная версия системы minix, в которой увеличена максимальная длина имени файла и размер файловой системы, хотя она не pеализует никаких новых возможностей.
ext2 Наиболее богатая функциональными возможностями файловая система из семейства совместимых с Linux. На данный момент считается самой популярной системой. Она разработана с учетом совместимости с последующими версиями, поэтому для установки новой версии кода системы не требуется устанавливать ее заново.
ext Предыдущая версия системы ext2, не совместима с последующими версиями. В настоящее время она очень редко включается в пакеты новых поставляемых систем, т.к. большинство пользователей сейчас пользуются системой ext2.
В дополнение к рассмотренным выше, в Linux включена поддержка еще некоторых файловых систем для обеспечения обмена файлами между другими операционными системами. Эти файловые системы работают также, как и описанные выше, кроме того, что их функциональные возможности могут быть значительно ограничены по сравнению с возможностями, обычно предоставляемыми файловыми системами UNIX.
msdos Обеспечивается совместимость с системой MS-DOS (а также OS/2 и Windows NT).
umsdos Расширяет возможности драйвера файловой системы MS-DOS для Linux таким образом, что при работе в Linux, имеется возможность работы с именами файлов нестандартной длины, просмотра прав доступа к файлу, ссылок, имени пользователя, которому принадлежит файл, а также оперирование с файлами устройств. Это позволяет использовать обычную систему MS-DOS, так, как если бы это была система Linux. Таким образом, исключается необходимость создания отдельного раздела для Linux.
iso9660 Стандартная файловая система для CD-ROM. Довольно популярное развитие стандарта CD-ROM, выполненное Rock Ridge'м, которое обеспечивает автоматическую поддержку имен файлов нестандартной длины.
nfs Сетевая файловая система, обеспечивающая разделение одной файловой системы между несколькими компьютерами для предоставления доступа к ее файлам со всех машин.
hpfs Файловая система OS/2.
sysv Файловые системы System V/386, Coherent и Xenix.
Также существует файловая система proc, которая обычно доступна через каталог /proc. В действительности, она не является файловой системой, хотя по ее структуре сложно обнаружить разницу. Эта система позволяет получить доступ к определенным структурам данных ядра, к таким, как список процессов (отсюда название). Все эти структуры выглядят как файловая система и ими можно оперировать обычными средствами работы с файловой системой. Например, для получения списка всех процессов, используется следующая команда:
ttyp5 root ~ $ ls -l /proc
total 0
dr-xr-xr-x 4 root root 0 Jan 31 20:37 1
dr-xr-xr-x 4 liw users 0 Jan 31 20:37 63
dr-xr-xr-x 4 liw users 0 Jan 31 20:37 94
dr-xr-xr-x 4 liw users 0 Jan 31 20:37 95
dr-xr-xr-x 4 root users 0 Jan 31 20:37 98
dr-xr-xr-x 4 liw users 0 Jan 31 20:37 99
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 devices
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 dma
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 filesystems
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 interrupts
-r-------- 1 root root 8654848 Jan 31 20:37 kcore
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 11:50 kmsg
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 ksyms
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 11:51 loadavg
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 meminfo
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 modules
dr-xr-xr-x 2 root root 0 Jan 31 20:37 net
dr-xr-xr-x 4 root root 0 Jan 31 20:37 self
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 stat
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 uptime
-r--r--r-- 1 root root 0 Jan 31 20:37 version
ttyp5 root ~ $
(В действительности, должно быть еще несколько файлов, не соответствующих процессам, однако, этот пример немного укорочен.)
Хотя система /proc и называется файловой, ни одна ее часть не взаимодействует с диском. Она существует только в представлении ядра и при попытке обращения к какой-либо ее части, создается впечатление, что эта часть где-то существует, хотя в действительности это не так. Даже если существует файл /proc/kmem в несколько мегабайт, он не занимает места но диске.
4.6.3. Какую файловую систему устанавливать?
Обычно мало смысла в пpименении нескольких разных файловых систем. В настоящее время наиболее популярной считается система ext2fs и, возможно, является наилучшим выбором. В зависимости от различных параметров (скорость, производительность, надежность, совместимость и др.) может оказаться, что установка другой файловой системы будет более приемлемым вариантом.
4.6.4. Установка файловой системы
Файловая система устанавливается, т.е. инициализируется, при помощи команды mkfs(8). В действительности, существуют отдельные программы для каждого типа файловой системы. Команда mkfs только запускает требуемую программу в зависимости от типа устанавливаемой системы. Тип файловой системы указывается при помощи опции -t fstype.
Параметры, передаваемые программам, вызываемым mkfs, слегка различаются. Наиболее важные из них рассмотрены ниже (для более подробной информации см. руководство).
| -t fstype | Указывается тип файловой системы. |
| -c | Производится поиск плохих блоков и, соответственно, инициализация списка плохих блоков. |
| -l filename | Считывается начальный список плохих блоков из файла filename. |
Для установки файловой системы ext2 на дискету, используется следующая последовательность команд:
ttyp5 root ~ $ fdformat -n /dev/fd0H1440
Double-sided, 80 tracks, 18 sec/track. Total capacity 1440 kB.
Formatting ... done
ttyp5 root ~ $ badblocks /dev/fd0H1440 1440 > bad-blocks
ttyp5 root ~ $ mkfs -t ext2 -l bad-blocks /dev/fd0H1440
mke2fs 0.5a, 5-Apr-94 for EXT2 FS 0.5, 94/03/10
360 inodes, 1440 blocks
72 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
1 block group
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
360 inodes per group
Writing inode tables: done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
ttyp5 root ~ $
В первую очередь дискета форматируется (параметр -n предотвращает проверку на наличие плохих блоков). Затем производится поиск плохих блоков при помощи команды badblocks, вывод которой перенаправлен в файл bad-blocks. И, наконец, файловая система устанавливается с инициализацией списка найденных плохих блоков.
Вместо использования badblocks, команде mkfs может быть указан параметр -c, как это видно из примера, рассмотренного ниже.
ttyp5 root ~ $ mkfs -t ext2 -c /dev/fd0H1440
mke2fs 0.5a, 5-Apr-94 for EXT2 FS 0.5, 94/03/10
360 inodes, 1440 blocks
72 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
1 block group
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
360 inodes per group
Checking for bad blocks (read-only test): done
Writing inode tables: done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
ttyp5 root ~ $
Указание параметра -c намного удобнее, чем применение команды badblocks, но ее использование необходимо для проверки файловой системы после ее установки.
Установка файловых систем на жесткий диск или его раздел аналогична установке на дискету, исключая форматирование.
4.6.5. Монтирование и демонтирование
Перед работой с файловой системой, она должна быть смонтирована. При этом операционная система выполняет некоторые действия, обеспечивающие функционирование монтируемой системы. Так как все файлы в системе UNIX принадлежат одной структуре каталогов, то эта операция обеспечивает работу с файловой системой, как с каталогом уже смонтированной.
Рассмотрим три различные файловые системы. Если две последние системы (2-ю и 3-ю) соответственно смонтировать к каталогам /home и /usr первой системы, то в итоге образуется файловая система с единой структурой каталогов (4).
1] 2] 3]
/ ------------- / ---------- abc /----------- bin
| | |
|------- dev | -------- liw |--------- etc
| | |
|------- home | -------- ftp |--------- lib
|
|------- etc
|
|------- lib
|
------- usr
4]
/ ---------- usr
| |
| |------- lib
| |
| |------- etc
| |
| ------- bin
|
|----- lib
|
|----- etc
|
|----- home
| |
| |------ ftp
| |
| |------ liw
| |
| ------ abc
|
|------ bin
|
| ------ dev
В примере, рассмотреном ниже, показано, как это сделать.
ttyp5 root ~ $ mount /dev/hda2 /home
ttyp5 root ~ $ mount /dev/hda3 /usr
ttyp5 root ~ $
Команда mount(8) принимает два параметра. Первый их них - файл устройства, соответствующий диску или разделу, на котором раположена файловая система. Вторым параметром является имя каталога, к которому будет монтироваться система. После выполнения этих команд содержимое файловых систем отображается в каталогах /home и /usr соответственно. Также можно сказать, что раздел /dev/hda2 смонтирован к каталогу /home, а /dev/hda3 - к каталогу /usr. Существует различие между файлом устройства, /dev/hda2, и монтируемым каталогом, /home. Файл устройства предоставляет доступ к 'сырым' данным, расположенным на диске, а монтируемый каталог - к файлам. Такой каталог называется узлом монтирования.
Монтируемый каталог не обязательно должен быть пустым, хотя он должен существовать. Однако все файлы, в нем расположенные, будут недоступны после монтирования файловой системы. (Открытые ранее файлы будут также доступны, а файлы, являющиеся жесткими ссылками из других каталогов, будут доступны с использованием имен ссылок.) Таким образом, никакого ущерба не наносится и это даже может быть полезно. Например, некоторые делают каталог /tmp символической ссылкой на каталог /usr/tmp. При загрузке системы, когда файловая система /usr не смонтирована, каталог размещается в системе root. После того, как /usr смонтирована, каталог /usr/tmp, расположенный в файловой системе root, становится недоступным. Если же /usr/tmp не существует в системе root, то перед монтированием /usr создание и pабота с временными файлами будет невозможна.
Для защиты файловой системы от записи, команда mount запускается с опцией -r, после чего монтирование производится в режиме read-only. После этого ядро пресекает любые попытки записи, включая модификацию времени доступа к файлам в индексном дескрипторе. Монтирование с защитой от записи используется при работе с такими устройствами, как CD-ROM.
Возникает вопрос: каким же образом монтируется самая первая файловая система (т.е. система root), так как очевидно, что она не может быть смонтирована на какую-либо другую. Система root монтируется во время загрузки, поэтому считается, что она всегда установлена (если бы она не была установлена, то компьютер не смог бы загрузиться). Название файловой системы, используемой для монтирования root, либо встроено в ядро, либо устанавливается при помощи LILO или rdev.
Обычно сначала система root монтируется в режиме read-only. Затем запускается программа fsck(8) для проверки ее целостности и если все в порядке, то система монтируется снова в режиме read-write. fsck не следует запускать на смонтированной файловой системе, так как изменения, произведенные при ее выполнении, могут привести к повpеждению системы. Так как система root сначала монтируется в режиме read-only, то после ее проверки все неполадки могут быть полностью устранены при повторном монтировании.
На многих системах существуют и другие файловые системы, которые должны быть смонтированы во время загрузки. Их список содержится в файле /etc/fstab (см. руководство к fstab(5)).
Если файловая система для работы больше не требуется, то она может быть демонтирована. Для этого используется команда umount(8) с одним параметром. Это может быть как файл устройства, так и узел монтирования. Например, для демонтирования каталогов, рассмотренных в предыдущем примере, используются следующие команды:
ttyp5 root ~ $ umount /dev/hda2
ttyp5 root ~ $ umount /usr
ttyp5 root ~ $
После работы с дисководом следует каждый раз применять эту команду, так как до демонтирования системы нельзя быть уверенным, что данные были записаны на диск, а не остались в буфере.
Для выполнения операций монтирования и демонтирования требуется наличие прав доступа пользователя root. Однако, многие пользователи довольно часто работают с дисководом и для решения этой проблемы существует несколько способов:
Сообщить всем пароль пользователя root. Это самый простой, но далеко не лучший выход. Он может использоваться на некоторых системах, не нуждающихся в защите (обычно не подключенных к какой-либо сети).
Применять какую-либо программу (например, sudo(8)), позволяющую всем использовать команду mount. Это также не лучший способ по причине плохой защиты, хотя его применение не предоставляет напpямую права root каждому пользователю.
Применение пакета mtools, используемого только для работы с файловой системой MS-DOS без выполнения операции монтирования. Используется только в тех случаях, когда дисковод применяется для работы с дисками системы MS-DOS.
Поместить список файлов устройств, используемых при работе с гибкими дисками, и доступных узлов монтирования вместе с нужными опциями в файл /etc/fstab.
Последний метод может быть реализован путем добавления в файл /etc/fstab следующей строки:
/dev/fd0 /floppy msdos user,noauto
Сначала указывается файл устройства, затем каталог, на который монтируется устройство, тип файловой системы и опции. Опция noauto запрещает автоматическое монтирование при начальной загрузке системы. Опция user позволяет любому пользователю монтировать указанную файловую систему и, по причине защиты системы, запрещает выполнение программ и работу с файлами устройств, расположенных на смонтированной системе. После этого, любой пользователь может выполнить следующую команду:
ttyp5 root ~ $ mount /floppy
ttyp5 root ~ $
Для демонтирования системы используется команда umount с соответствующими параметрами.
4.6.6. Поддержка работоспособности файловых систем
Файловые системы это достаточно сложные объекты, поэтому иногда их функционирование нарушается. Для проверки целостности и работоспособности файловой системы используется команда fsck(8). Наиболее часто возникающие тpудности связаны с перебоями в питании, неполадках в оборудовании или ошибках оператора (например, некорректное выключение системы).
Большинство систем сконфигурировано таким образом, что команда fsck запускается автоматически при загрузке системы, поэтому возможные неполадки будут обнаружены (и, возможно, исправлены) перед тем, как система будет использоваться. Работа с поврежденной файловой системой может привести к потерям данных и другим нарушениям ее функционирования. Однако, если файловая система довольно большая по объему, то ее проверка может занять некоторое время, а так как неполадки случаются очень редко, то если система была выключена корректно, пpименяются определенные методы для избежания проверки файловой системы. Первый из них связан с тем, что если существует файл /etc/fastboot, то никаких проверок не производится. Второй метод заключается в том, что в файловой системе ext2 существует специальный флаг, раположенный в суперблоке, который используется для выявления коppектности демонтирования системы пpи последнем выключении системы. Эта возможность используется в программе e2fsck (версия команды fsck для файловой системы ext2fs) для избежания излишней проверки файловой системы, если флаг ее целостности установлен (то есть система была коppектно демонтирована). Фунционирование метода, используещего файл /etc/fastboot, зависит от файлов, запускаемых при загрузке системы, в то время как применение команды e2fsck работает в любом случае (см. руководство по e2fsck(8) для более подробной информации).
Автоматическая проверка используется только для файловых систем, устанавливаемых во время загрузки. Для проверки других систем команда fsck должна выполняться отдельно.
Если fsck находит неисправность, не подлежащую восстановлению, то могут потребоваться глубокие знания и понимание работы файловых систем и их типов. Также могут потребоваться резервные копии. Некоторую информацию по тем или иным вопросам можно найти через телеконференции, связанные с системой Linux. Также может потpебоваться программа debugfs(8), созданная Theodore T.
Команда fsck должна использоваться только для демонтированных систем (за исключением системы root, смонтированной в режиме read-only во время загрузки), так как при ее работе используется прямой доступ к диску и информация о внесении каких-либо изменений в файловую систему может быть недоступна операционной системе, что, обычно, приводит к нарушению ее работы.
Иногда следует проводить поиск плохих блоков при помощи команды badblocks. При ее выполнении выводится список номеров найденных плохих блоков. Этот список может быть использован программой fsck для внесения изменений в структуру файловой системы во избежание использования этих блоков для хранения информации. В следующем примере показано как это сделать.
ttyp5 root ~ $ badblocks /dev/fd0H1440 1440 > bad-blocks
ttyp5 root ~ $ fsck -t ext2 -l bad-blocks /dev/fd0H1440
Parallelizing fsck version 0.5a (5-Apr-94)
e2fsck 0.5a, 5-Apr-94 for EXT2 FS 0.5, 94/03/10
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
Pass 2: Checking directory structure
Pass 3: Checking directory connectivity
Pass 4: Check reference counts.
Pass 5: Checking group summary information.
/dev/fd0H1440: ***** FILE SYSTEM WAS MODIFIED *****
/dev/fd0H1440: 11/360 files, 63/1440 blocks
ttyp5 root ~ $
4.7. Диски без файловых систем
Не все диски или разделы используются как файловые системы. Например, раздел swap-области не содержит файловой системы. Многие дисководы используются в режиме эмуляции ленточного накопителя, поэтому tar-файл или любой другой файл записывается непосредственно на диск без использования какой-либо файловой системы. У такого использования есть небольшое преимущество в свободном пространстве (при установке файловой системы некоторая часть дискового простьранства используется для системных целей) и совместимости с другими системами. Например, файловый формат tar является стандартным для всех систем, в то время как файловые системы на разных платформах различаются. Дискеты экстренной загрузки системы Linux также могут не содержать файловой системы.
Одна из причин использования прямого доступа к диску (без применения файловой системы) это создание копий. Например, если диск содержит частично поврежденную файловую систему, то при возможности следует создать его копию перед тем, как пытаться что-либо сделать. Для этого можно использовать программу dd(1).
ttyp5 root /usr/tmp $ dd if=/dev/fd0H1440 of=floppy-image
2880+0 records in
2880+0 records out
ttyp5 root /usr/tmp $ dd if=floppy-image of=/dev/fd0H1440
2880+0 records in
2880+0 records out
ttyp5 root /usr/tmp $
Сначала команда dd выполняет точную копию дискеты в файл floppy-image, а затем записывает копию обратно на диск (предполагается, что перед выполнением последней команды была вставлена другая дискета).
4.8. Распределение дискового пространства
4.8.1. Схемы разделения дисков
Довольно сложно разбить диск на несколько разделов наилучшим образом, так как на это влияет довольно много факторов.
Обычно используется отдельный раздел или диск для файловой системы root, которая содержит каталоги /bin, /etc, /dev, /lib, /tmp и некоторые другие, требуемые для нормальной загрузки и запуска системы. Таким образом, все, что нужно для запуска системы - это файловая система root. Для файловой системы /usr, личных каталогов пользователей (обычно каталог /home) и для swap-области используются отдельные диски или их разделы. Разделение каталогов с пользовательскими файлами облегчает создание резервных копий, так как обычно не требуется сохранять рабочие программы (расположенные в каталоге /usr). Также возможно разделение системы /usr между несколькими компьютерами в сети (с использованием NFS) для уменьшения общего используемого дискового пространства.
Для жестких дисков небольшого объема лучше всего использовать один раздел. При использовании большого диска обычно его разбивают на несколько крупных разделов. Если в системе используется несколько дисков, то, возможно, неплохим вариантом будет установить файловую систему root (включая /usr) на один диск, а личные каталоги пользователей - на другой.
4.8.2. Требования к дисковому пространству
При установке Linux будет предоставлена информация о требуемом дисковом пространстве при различной конфигурации системы. Отдельно устанавливаемые программы также могут использовать подобную схему. Это помогает распределять место на диске.
Размер области, используемой для файлов пользователей, зависит от характера работы. Многие считают, что для личных каталогов нужно использовать как можно больше пространства, хотя минимально требуемый объем на разных системах сильно варьируется. Для простейшей обработки текстов некоторым может потребоваться всего несколько мегабайт, в то время как другим, работающим с мощными графическими приложениями, могут потребоваться многие гигабайты.
Размещение swap-области рассмотрено в разделе 6.5.
4.8.3. Примеры распределения жесткого диска
На рассматриваемом компьютере был установлен диск объемом 109 Мб. Сейчас на нем используется диск объемом 330 Мб. Ниже рассматривается как и почему эти диски были разбиты.
Первый диск (109 Мб) был разбит следующим образом. На компьютере были установлены системы MS-DOS и Linux. При этом, для DOS использовался раздел объемом 20 Мб, 10-ти Мб раздел был предназначен для swap-области и оставшиеся 79 Мб были отданы под отдельный раздел, где хранились все файлы, необходимые для работы Linux.
Другой диск размером 330 Мб был разбит следующим образом:
| 5 | Мб | файловая система root |
| 10 | Мб | swap-область |
| 180 | Мб | файловая система /usr |
| 120 | Мб | файловая система /home |
| 15 | Мб | дополнительный раздел |
4.8.4. Использование дополнительного дискового пространства
Добавление дискового пространства в системе Linux довольно просто, по крайней мере после установки нужного оборудования. Требуемый диск форматируется, в случае необходимости, затем создаются разделы и устанавливается файловая система (это было рассмотрено выше). После этого добавляются соответствующие строки в файл /etc/fstab, что позволяет автоматически монтировать дополнительный раздел или диск.
4.8.5. Методы сохранения дискового пространства
Наилучший метод сохранения дискового пространства - это не устанавливать неиспользуемые программы. Иногда можно удалить неиспользуемые файлы, такие как ненужные шрифты для X11 или некоторые библиотеки для C++.
Также в определенных случаях можно использовать сжатие файлов. Существуют программы, такие как gzip(1) и zip(1), позволяющие производить компрессию файлов и каталогов. Система gzexe сжимает и разжимает файлы незаметно для пользователя. А экспериментальная система DouBle производит компрессию файлов незаметно для использующих их программ.
Назад |
Содержание |
Вперед
