Файловая система Linux
В этой статье мы поговорим про файловую систему Linux. Но здесь вы не найдете описания тонкостей работы с определенной файловой системой, например, ext4, а также не найдете команд для работы с какой-либо ФС. Мы остановимся на более общих понятиях и попытаемся разобраться что такое файловая система, и как она работает в целом.
Каждый компьютер сохраняет данные и результаты на жестком диске, твердотельном накопителе SSD или любом другом носителе информации, это неизбежно. Для этого есть несколько причин. Во-первых, содержимое RAM очищается при каждой перезагрузке компьютера. Конечно, есть быстрые энергонезависимые устройства хранения, такие как флеш память, но они стоят намного дороже, чем стандартные модули DDR3.
Вторая причина хранить данные на диске, это то, что оперативная память намного дороже чем более медленные, но вместительные жесткие диски. Фактически 16 Гб оперативной памяти будет стоить столько же, сколько жесткий диск на 2 Тб. Таким образом, мы видим, что оперативная память в 71 раза дороже чем HDD.
Что такое файловая система?
Люди могут подразумевать под файловой системой совсем разные понятия. Само словосочетание может иметь несколько значений и вам придется понимать о чем идет речь из контекста документа.
Давайте рассмотрим наиболее часто используемые значения слов файловая система. Мы не будем останавливаться на официальной трактовке, а попытаемся обратить внимание на сферу применения:
- Все структура каталогов Linux, начиная с корня (/);
- Конкретный формат раздела хранения данных, например, Ext3, Ext4, Btrfs, XFS и так далее. Ядро Linux поддерживает более 100 типов файловых систем, в том числе очень старых и новых. Каждый тип файловой системы использует свои структуры метаданных чтобы организовать работу с данными на диске;
- Раздел или логический том, отформатированный в определенный тип файловой системы, который можно примонтировать к определенной точке монтирования.
Дальше рассмотрим как выполнена организация файловой системы Linux и ее основные функции.
Основные функции файловой системы
Необходимость использования дисковых хранилищ приносит некоторые особенности работы файловых систем. Основная функция файловой системы — предоставление организованного пространства для хранения файлов на энергонезависимом запоминающем устройстве. Но есть несколько дополнительных функций, которые вытекают из основной.
Все файловые системы должны обеспечивать пространство имен. Оно определяет как будут называться файлы, ограничения на длину имени, используемые символы, а также логическую структуру данных на диске, например, использование каталогов для организации файлов, а не просто складывания их в одном месте.
Когда пространство имен определено, необходимо создать для него основу с помощью метаданных файловой системы. Она включает в себя структуры данных для создания иерархии каталогов, структуры для хранения занятых и свободных блоков на диске, структуры с именами файлов и каталогов, информацией о файлах, такой как размер, время создания, расположение файла на диске и так далее. В самих блоках файла на диске хранится только его содержимое, вся же остальная информация находится в метаданных.
Также метаданные используются для описания логических томов и подразделов, если таковые поддерживаются, и еще одни содержат информацию, описывающую файловую систему.
Для доступа к файлам также необходим набор функций API, с помощью которых программы могли бы управлять различными объектами файловой системы. Обычно должны существовать методы для создания, перемещения и удаления файлов.
Современные файловые системы также обеспечивают модель безопасности, которая представляет из себя схему прав доступа к файлам для пользователей. Модель безопасности ФС в Linux гарантирует что пользователи будут иметь доступ только к своим файлам.
Дальше, нам нужно программное обеспечение, которое будет выполнять все эти функции. Организация файловой системы linux состоит из двух частей:
Первая часть — это виртуальная файловая система. Она представляет собой единый набор команд ядра, с помощью которого разработчики могут получить доступ к любой из файловых систем. Виртуальной файловой системе необходим драйвер для работы с различными типами ФС. Драйвера файловой системы — это вторая часть реализации, в них реализован стандартный набор команд, выполняющих специфичные для файловой системы действия.
Структура каталогов
Намного проще найти файлы, если они хранятся небольшими группами, каждый на своем месте, а не все в одной куче. Структуру файловой системы Linux можно представить в виде простой иерархии. Все каталоги находятся в корневом каталоге (/) поэтому каждый адрес файла начинается с него. Например, /var/log/dmesg, /usr/share/, /bin.
Корневая файловая система Linux — это ФС верхнего уровня, она должна содержать все файлы, необходимые для загрузки Linux еще до того как другие файловые системы будут смонтированы. Здесь уже должны быть все исполняемые файлы и библиотеки, нужные для подключения других ФС. Во время загрузки другие файловые системы монтируются в четко определенные для них каталоги. Более детально предназначение каждого каталога Linux мы рассматривали в статье структура файловой системы Linux.
Каталоги /bin, /dev, /etc, /lib, /root, /sbin не могут быть примонтированы и должны быть доступны еще до загрузки, так как в них находятся все необходимые файлы. Что касается каталогов /media и /mnt, то они должны быть пустыми, поскольку это точки монтирования для других файловых систем. Остальные каталоги можно смело монтировать позже, они никак не повлияют на запуск.
В некоторых не Unix операционных системах разделам присваиваются отдельные буквы, например, C: или D:. В них каждый раздел будет иметь отдельную файловую систему. Чтобы найти нужный файл на диске C: вам необходимо сначала выполнить команду C:, а затем искать путь к файлу.
В Linux все физические диски и разделы, объеденные в одну файловую структуру. Она начинается с корня (/) в котором расположены все другие каталоги. Это работает потому что файловые системы /var, /home, /boot, /tmp и т д могут находиться на других физических дисках. Даже съемные диски подключаются в основную файловую систему.
И это очень хорошо, потому что при обновлении версии дистрибутива можно сохранить абсолютно все файлы и настройки в домашнем каталоге. Иногда полезно переформатировать корневой раздел чтобы убрать оттуда весь мусор, если /home находится на отдельном разделе, то вы ничего не потеряете. Есть и другие причины так поступать, например, защита корневой ФС от переполнения, что привело бы к неработоспособности системы.
Типы файловых систем
Как уже было сказано, Linux поддерживает более 10 различных файловых систем, но создавать и выполнять запись, возможно, только в некоторые из них. Зато можно подключить их все к корневой файловой системе. Под типом мы подразумеваем совокупность структур и метаданных, необходимых для хранения файлов.
Linux может монтировать и читать такие файловые системы:
Основная причина почему они поддерживаются — это попытка организовать максимальную совместимость с другими операционными системами. А вот основные файловые системы linux, которые можно создавать:
Мы более подробно рассматривали особенности некоторых из них в статье типы файловых систем Linux.
Монтирование файловых систем
Термин смонтировать появился еще в самом начале развития Linux, тогда было необходимо вставить кассету или съемный диск в специальный привод. Только после этого можно было получить доступ к файловой системе устройства.
Точка монтирования — это обычный каталог, как любая другая часть файловой системы. Например, домашняя папка смонтирована в каталог /home. И так далее.
Корневая файловая система ос Linux / подключается на раннем этапе загрузки. Другие файловые системы монтируются системой инициализации, например, SysVinit или Systemd. Точки монтирования настраиваются с помощью файла /etc/fstab. Также можно выполнять ручное монтирование в Linux с помощью команды mount. Каталог для монтирования необязательно должен быть пустым, он может содержать файлы, но тогда они будут просто скрыты.
Выводы
Эта статья была ориентирована на новичков и я надеюсь, что некоторые вопросы, касаемо термина файловая система linux были сняты. Теперь вы можете оценить элегантность, сложность и функциональность файловой системы Linux. Если у вас есть вопросы, спрашивайте в комментариях!
Источник
Какую файловую систему выбрать для Linux
Если вы только переходите с Windows, то, наверное, уже привыкли, что вам доступна только одна файловая система — NTFS и выбирать просто нет из чего. Но в Linux ситуация совсем другая. Здесь существует огромное множество файловых систем и постоянно создаются новые.
В сегодняшней небольшой статье мы постараемся разобраться какую файловую систему выбрать для Linux, и какие вообще доступны варианты.
Выбор файловой системы для Linux
Все файловые системы можно разделить на два типа: это обычные файловые системы и файловые системы следующего поколения. К обычным файловым системам относится используемая в большинстве дистрибутивов Ext4, она имеет все необходимые для полноценной работы возможности, но не более того.
Файловые системы следующего поколения — это BtrFS, ZFS и другие им подобные. Кроме стандартных возможностей они добавляют такие интересные вещи как дедупликация данных, управление томами, размещение файловой системы на нескольких физических дисках, контрольные суммы для данных, прозрачное сжатие и шифрование, снимки состояния, а также многое другое. Несмотря на все эти преимущества, новые файловые системы ещё не всегда стабильны и не поддерживаются не во всех дистрибутивах, а многие из их возможностей просто не нужны обычным пользователям.
Если кратко отвечать на вопрос, какую файловую систему выбрать для Linux — то ответ — Ext4. Она разработана очень давно, но зато очень стабильна и проверена временем. Она используется по умолчанию во многих дистрибутивов, а её лимитов хватит с головой, как для домашних пользователей, так и для большинства серверов. Но эта файловая система относится к обычным. Если вы не хотите её использовать дальше мы рассмотрим несколько альтернатив, доступных для выбора в установщике Ubuntu.
1. Ext
Про семейство файловых систем Ext я больше не буду говорить в этой статье. Про всё можно подробно прочитать в статье Файловая система Ext4. Там рассказана история развития этой файловой системы, а также её плюсы и минусы. Для установки Linux лучше всего подойдёт файловая система Ext4 из-за её стабильности и огромному количеству руководств по настройке в интернете.
2. XFS
Файловая система XFS разработана в Silicon Graphics в 1994 году для операционной системы SGI IRX. Расшифровывается как eXtended File System. Для Linux она была портирована в 2001 и немного позже её начали использовать в Red Hat Enterprice Linux в качестве файловой системы по умолчанию. Хотя эту файловую можно отнести к обычным, она изначально была рассчитана на работу с большими дисками. Она очень похожа на Ext4, тоже поддерживает журналирование и не подвержена фрагментации, но её можно только увеличить, уменьшить раздел с этой файловой системой нельзя. Ещё XFS показывает хорошую производительность при работе с большими файлами, но медленее работает с большим количеством маленьких файлов по сравнению с другими файловыми системами.
3. JFS
Файловая система JFS или Journaled File System разработана компанией IBM для системы IBM AIX в 1990 году, а чуть позже она была портирована и для Linux. В отличие от Ext3, в которой был добавлен журнал для сохранения целостности файловой системы, JFS была изначально журналируемой. В журнале сохраняются только метаданные. Файловая система одинаково быстро работает с как с большими, так и с маленькими файлами, а ещё её также как и XFS нельзя уменьшить, только увеличить. Несмотря на то, что эта файловая система доступна в большинстве дистрибутивов, её редко используют, а значит и её разработка и выявление багов идет медленнее.
4. BtrFS
Мы добрались к первой файловой системе следующего поколения. Это B—Tree File System. Её разработал Крис Масон во время своей работы в компании Oracle в 2006 году. Она поддерживает множество интересных возможностей, таких как управление томами, снимки состояния, прозрачное сжатие и дефрагментацию в реальном времени. Файловая система разрабатывалась как качественная и новая альтернатива для файловых систем семейства Ext. Даже основной разработчик Ext4 Теодор Цо считает, что за Btrfs или подобной ей файловой системой будущее, а Ext4 рано или поздно останется в прошлом. Сейчас BtrFS используется по умолчанию в SUSE Linux, как в серверной, так и обычной редакции. Она уже считается стабильной, но многие всё ещё боятся её использовать.
5. ReiserFS
Файловую систему ReiserFS разработал Ганс Рейзер специально для Linux в 2001 году. В неё было включено множество возможностей недоступных для Ext4. Как и в Ext4 здесь есть журналирование либо только метаданных, либо вместе с данными. Поддерживается управление томами, есть возможность добавить кэширующий быстрый диск. ReiserFS — очень быстрая и умеет упаковывать несколько файлов в один блок, чтобы уменьшить использование памяти. Однако, разработка этой файловой системы была заброшена после того, как Ганс Райзер сел в тюрьму в 2008. Версия файловой системы Raiser4 всё ещё не попала в ядро, поэтому для использования на перспективу лучше выбрать Btrfs.
6. ZFS
ZFS была разработана для Solaris компанией Sun Microsystems и сейчас она принадлежит Oracle в 2005 году. Немного позже она была портирована для Linux и начиная с Ubuntu 16.04 доступна в установщике для использования в качестве корневой файловой системы. Она похожа на BtrFS, потому что поддерживает управление томами, контрольные суммы для всех данных, прозрачное сжатия и прозрачное шифрование. Её тоже можно отнести к файловым системам следующего поколения. По архитектуре, это 128 битная файловая система, в то же время как Ext4 — 64 битная. Поэтому лимиты у неё очень большие и в обозримом будущем мы к ним даже не приблизимся. Но Линус Торвальдс, создатель ядра Linux не советует использовать ZFS.
Выводы
Ещё в списке файловых систем установщика есть Swap и FAT, но обе эти файловые системы нельзя использовать для корневого раздела Linux. Первая используется для раздела подкачки и не предназначена для хранения файлов, а вторая — это старая файловая система от Microsoft, не поддерживающая многих необходимых атрибутов и возможностей.
Есть и другие файловые системы, например F2FS, разработанная специально для SSD, но они используются ещё реже. Для себя я вижу два варианта — это либо Btrfs, потому что она активно развивается, разработана для Linux и разработчики SUSE ей доверяют, а также Ext4, потому что очень стабильна и проверена временем. А какую файловую систему для Linux используете вы? Какие лучшие файловые системы Linux? Напишите в комментариях!
Источник
