Linux

• ext2ed – применяется для правки файловой системы;

• debugfs – предназначена для определения и установки состояния файловой системы.

Программа e2fsck спроектирована таким образом, что выполняет проверку с максимально возможной скоростью. В первом проходе e2fsck просматривает все индексные дескрипторы файловой системы и проверяет их как отдельные элементы системы. Также проверяются карты битов, указывающие использование блоков и дескрипторов.

Если e2fsck находит блоки данных, номера которых содержатся более чем в одном дескрипторе, то запускаются проходы с IB по 1D для устранения несоответствия: либо путем увеличения разделяемых блоков, либо удалением одного или более дескрипторов.

Во втором проходе производится проверка каталогов как отдельных элементов файловой системы. Блок каждого каталога проверяется отдельно, без ссылки на другие блоки каталогов. Для первого блока каталога в каждом дескрипторе каталога, проверяется существование записей "." (ссылка на себя) и ".." (ссылка на родительский каталог), и соответствие номера дескриптора для записи "." текущему каталогу.

В третьем проходе проверяются связи каталогов. Программа e2fsck проверяет пути каждого каталога по направлению к корневому. В этом же проходе проверяется запись ".." для каждого каталога. Все каталоги, не имеющие связи с корневым каталогом, помещаются в каталог /lost+found.

В четвертом проходе e2fsck проверяет счетчики ссылок для каждого индексного дескриптора. Все неудаленные файлы с нулевым счетчиком ссылок также помещаются в каталог /lost+found.

В пятом проходе e2fsck проверяет соответствие всей информации о файловой системе. В этом проходе сравниваются карты битов блоков и дескрипторов, записанных на носителе информации, со значениями, полученными во время проверки файловой системы и, при необходимости, информация на диске корректируется.

Журналируемые файловые системы

Основная цель, которая преследуется при создании журналируемых файловых систем, состоит в том, чтобы обеспечить как можно большую вероятность быстрого восстановления системы после сбоев (например, после потери питания). Дело в том, что если происходит сбой, то часть информации о расположении файлов теряется, поскольку система не успевает записать все изменения из буфера на диск. После сбоя утилита fsck должна проверить все диски, которые не были корректно демонтированы, с целью восстановления потерянной информации. При современных объемах жестких дисков, исчисляемых десятками гигабайт, на проверку двух-трех таких дисков может уйти слишком много времени. Кроме того, нет гарантии, что все данные удастся восстановить.

В журналируемых файловых системах для решения этой проблемы применяют транзакции, которые хорошо известны всем программистам баз данных. Идея транзакции достаточно проста – существует набор связанных операций, называемых транзакцией, и эта группа операций является атомарной (неделимой). Таким образом, транзакция является успешной (завершенной) в том случае, если все операции, составляющие транзакцию, завершились успешно. Но это еще не все. Система ведет журнал, в котором отражаются все действия с данными и все изменения данных протоколируются. В случае сбоя на основании журнала можно вернуть систему в безошибочное состояние.

Основное отличие транзакций из области баз данных от транзакций, применяемых в журналируемых файловых системах, состоит в том, что в базах данных в журнале сохраняются изменяемые данные и вся управляющая информация, а в файловых системах – только мета-данные: индексные дескрипторы изменяемых файлов, битовые карты распределения свободных блоков и свободных индексных дескрипторов.

Файловая система Ext3

По большому счету, файловая система Ext3 не является новой файловой системой. Это похоже на ситуацию с файловой системой FAT 16/FAT 32 – они совместимы, но проблема решена экстенсивным путем. Было необходимо срочно создать журналируемую файловую систему. Если начинать с нуля – долго и накладно, тогда сделали для Ext2 несколько десятков специальных функций и назвали все это Ext3 – получился непонятный гибрид.

Вроде бы добавились журналирующие функции – но не в том объеме, в каком хотелось. И узкие места Ext2 остались: оптимизация использования дискового пространства, ограничение на размер файла и т. п. Пока же общественность (fido7.ru.linux) более склоняется к использованию других журналируемых файловых систем.

Файловая система ReiserFS

Кроме проблемы быстрого восстановления после сбоев, в файловой системе Ext2 имеется еще несколько нерешенных проблем. Из самых основных – нерациональное использование дискового пространства, ограничение на размер файла, неоптимальный поиск.

Поскольку в файловой системе используется простой связный список, то время поиска информации линейно зависит от длины списка. Таким образом, чем длиннее список (к примеру, файлов в каталоге), тем дольше идет поиск необходимого элемента.

В системе ReiserFS применяются так называемые "сбалансированные деревья" или "B+Trees", время поиска в которых пропорционально не количеству объектов, а логарифму этого числа. В сбалансированном дереве все ветви имеют одинаковую длину. ReiserFS использует сбалансированные деревья для хранения всех объектов файловой системы: файлов в каталогах, данных о свободных блоках и т. д. Это позволяет существенно повысить производительность обращения к дискам.

Кроме того, система ReiserFS является журналируемой, т. е. в ней решена проблема быстрого восстановления после сбоев. Решена в ReiserFS и проблема с ограничением на размер файла. По всей видимости, именно эта файловая журналируемая система в ближайшее время станет стандартом de-facto для многих дистрибутивов Linux.

Ссылки

• e2fsprogs.sourceforge.net (http://www.e2fsprogs.sourceforge.net/) – утилиты файловой системы Ext2.

• ftp.uk.linux.org/pub/linux/sct/fs/ji's/ (ftp://ftp.uk.linux.org/pub/linux/sct/fs/ji's/) – код и документация Ext3.

• www.atni.csiro.au/~rgooch/linux/docs/vfs.txt (http://www.atni.csiro.au/~rgooch/linux/docs/vfs.txt) – обзор виртуальной файловой системы.

• www.osp.ru/pcworld/2000/02/064.htm (http://www.osp.ru/pcworld/2000/02/064.htm) – Виктор Хименко. Файлы, файлы, файлы. Обзор файловых систем.

• www.linux-ve.chat.ru (http://www.linux-ve.chat.ru/) – виртуальная библиотека Linux.

Глава 5

Дерево каталогов Linux

Эта глава полностью посвящена структуре и размещению каталогов и файлов в Linux. Поскольку для различных дистрибутивов структура может слегка отличаться, для определенности будем рассматривать дистрибутив Red Hat 7.1.

Для того чтобы ориентироваться в Linux, необходимо хорошо представлять себе структуру и размещение каталогов и файлов. Эти параметры для UNIX и Linux описаны в документе "Filesystem Hierarchy Standard – Version 2.2 final", Filesystem Hierarchy Standard Group, edited by Rusty Russell and Daniel Quinlan, редакция от May 23, 2001. Дальнейший текст в основном базируется на этом документе.

Все файлы можно разделить по двум признакам – доступность (shareable, разделяемость) на сетевом уровне и изменяемость/неизменность содержимого.

Соответственно, для каждого признака можно ввести свои понятия:

• разделяемые данные – те, которые могут использовать несколько хостов одновременно, т. е. данные, доступные для других хостов через сеть;

• неразделяемые данные – как правило, специфичные для каждого хоста, недоступные через сеть для других хостов;

• статические данные – включают системные файлы, библиотеки, документацию и другое, что не изменяется без вмешательства администратора;

• динамические (переменные) данные – все то, что может изменяться пользователем.

Эти признаки взаимно ортогональны, в табл. 5.1 приведены некоторые каталоги, соответствующие этим признакам.

Таблица 5.1. Признаки данных и каталоги

Как видно из таблицы, каталог /usr – статический разделяемый, а каталог /var/lock – динамический неразделяемый. По этим признакам можно распределить все каталоги в файловой системе, о чем и будет упоминаться в соответствующих разделах. Однако такое четкое распределение не всегда наблюдается в современных UNIX-системах. Как правило, эта проблема возникает из-за поддержки совместимости со старым программным обеспечением. Каталоги, не удовлетворяющие четкому разделению, будут упомянуты особо.

Иерархия каталогов Linux

В табл. 5.2 приведена иерархия каталогов первого уровня.

Таблица 5.2. Каталоги первого уровня операционной системы Linux

Рассмотрим подробнее иерархию каталогов.

Корневой (Root) каталог

Точка монтирования всей файловой системы. Играет исключительно важную роль в процессе «жизнедеятельности» операционной системы. Для загрузки системы необходимо, чтобы в корневом разделе (корневой раздел в Linux – это аналог диска С: для DOS/Windows – только на него возможно установить операционную систему. И корневой раздел является точкой монтирования корневого каталога) находились утилиты и конфигурационные файлы, необходимые для монтирования других файловых систем. Кроме того, в корневой файловой системе должны присутствовать утилиты, необходимые для создания, восстановления или ремонта файловых систем, а также для административного восстановления (backup) системы с ленты, CD-ROM, дискет и тому подобных носителей. Каталоги /usr, /opt, /var спроектированы так, что они могут размещаться на файловых системах, отличных от корневой. В дистрибутиве Slackware в корневом каталоге по умолчанию находится ядро операционной системы (что на больших винчестерах иногда вызывало определенные проблемы), в дистрибутиве Red Hat ядро операционной системы перенесено в каталог /boot.

Имеется несколько причин, по которым корневую файловую систему рекомендуется делать минимально возможного размера:

• это позволяет монтировать файловую систему с очень маленьких носителей информации (например дискет);

• корневая файловая система не может быть разделяемой, потому что содержит много системно-зависимых конфигурационных файлов. Создание малой по объему корневой файловой системы позволяет сохранить на серверах больше места для разделяемых ресурсов;

• у маленького по объему корневого каталога меньше вероятность пострадать при крахе системы.

Каталог /bin