Администрирование систем Linux. Файловые системы

Глава 6. Файловые системы

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

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

6.1. Информация о файловых системах

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

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

6.1.1. Страница руководства man fs

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

[root@rhel65 ~]# man fs

6.1.2. Файл /proc/filesystems

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

root@rhel53 ~# cat /proc/filesystems | grep -v nodev
	ext2
	iso9660
	ext3

6.1.3. Файл /etc/filesystems

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

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

[root@rhel65 ~]# man mount

6.2. Часто используемые файловые системы

6.2.1. Файловые системы ext2 и ext3

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

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

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

6.2.2. Создание файловых систем ext2 и ext3

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

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

6.2.3. Файловая система ext4

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

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

6.2.4. Файловая система xfs

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

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

6.2.5. Файловая система vfat

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

6.2.6. Файловая система iso 9660

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

6.2.7. Файловая система udf

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

6.2.8. Файловая система swap

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

6.2.9. Файловая система gfs

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

6.2.10. Другие файловые системы...

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

6.2.11. Файл /proc/filesystems

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

paul@RHELv4u4:~$ cat /proc/filesystems 
nodev sysfs
nodev rootfs
nodev bdev
nodev proc
nodev sockfs
nodev binfmt_misc
nodev usbfs
nodev usbdevfs
nodev futexfs
nodev tmpfs
nodev pipefs
nodev eventpollfs
nodev devpts
      ext2
nodev ramfs
nodev hugetlbfs
      iso9660
nodev relayfs
nodev mqueue
nodev selinuxfs
      ext3
nodev rpc_pipefs
nodev vmware-hgfs
nodev autofs
paul@RHELv4u4:~$

6.3. Создание файловой системы в разделе

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

[root@RHEL4b ~]# ls -lS /sbin/mk*
-rwxr-xr-x  3 root root 34832 апр 24  2006 /sbin/mke2fs
-rwxr-xr-x  3 root root 34832 апр 24  2006 /sbin/mkfs.ext2
-rwxr-xr-x  3 root root 34832 апр 24  2006 /sbin/mkfs.ext3
-rwxr-xr-x  3 root root 28484 окт 13  2004 /sbin/mkdosfs
-rwxr-xr-x  3 root root 28484 окт 13  2004 /sbin/mkfs.msdos
-rwxr-xr-x  3 root root 28484 окт 13  2004 /sbin/mkfs.vfat
-rwxr-xr-x  1 root root 20313 апр 10  2006 /sbin/mkinitrd
-rwxr-x---  1 root root 15444 окт  5  2004 /sbin/mkzonedb
-rwxr-xr-x  1 root root 15300 май 24  2006 /sbin/mkfs.cramfs
-rwxr-xr-x  1 root root 13036 май 24  2006 /sbin/mkswap
-rwxr-xr-x  1 root root  6912 май 24  2006 /sbin/mkfs
-rwxr-xr-x  1 root root  5905 авг  3  2004 /sbin/mkbootdisk
[root@RHEL4b ~]#

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

root@RHELv4u2:~# mke2fs /dev/sdb1
mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
28112 inodes, 112420 blocks
5621 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=67371008
14 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
2008 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
8193, 24577, 40961, 57345, 73729

Writing inode tables: done 
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 37 mounts or
180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override

6.4. Настройка файловой системы

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

[root@rhel4 ~]# tune2fs -l /dev/sda1 | grep -i "block count"
Block count:              104388
Reserved block count:     5219
[root@rhel4 ~]#

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

[root@rhel4 ~]# tune2fs -m10 /dev/sda1 
tune2fs 1.35 (28-Feb-2004)
Setting reserved blocks percentage to 10 (10430 blocks)
[root@rhel4 ~]# tune2fs -l /dev/sda1 | grep -i "block count"
Block count:              104388
Reserved block count:     10430
[root@rhel4 ~]#

6.5. Проверка файловой системы

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

[root@RHEL4b ~]# ls /sbin/*fsck*
/sbin/dosfsck  /sbin/fsck         /sbin/fsck.ext2  /sbin/fsck.msdos
/sbin/e2fsck   /sbin/fsck.cramfs  /sbin/fsck.ext3  /sbin/fsck.vfat
[root@RHEL4b ~]#

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

[paul@RHEL4b ~]$ grep ext /etc/fstab 
/dev/VolGroup00/LogVol00   /             ext3    defaults        1 1
LABEL=/boot                /boot         ext3    defaults        1 2
[paul@RHEL4b ~]$

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

[root@RHEL4b ~]# fsck /boot
fsck из util-linux 2.25.2
e2fsck 1.42.11 (09-Jul-2014)
/dev/sda1 is mounted.
e2fsck: Cannot continue, aborting.

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

[root@RHEL4b ~]# fsck /boot
fsck из util-linux 2.25.2
e2fsck 1.42.11 (09-Jul-2014)
/boot: clean, 44/26104 files, 17598/104388 blocks
[root@RHEL4b ~]# fsck -p /boot
fsck из util-linux 2.25.2
/boot: clean, 44/26104 files, 17598/104388 blocks
[root@RHEL4b ~]# e2fsck -p /dev/sda1
/boot: clean, 44/26104 files, 17598/104388 blocks

6.6. Практическое задание: файловые системы

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

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

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

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

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

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

7. Выполните проверки всех недавно созданных файловых систем.

6.7. Корректная процедура выполнения практического задания: файловые системы

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

man fs
cat /proc/filesystems
cat /etc/filesystems (не во всех дистрибутивах Linux)

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

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

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

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

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

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

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

tune2fs -m 0 /dev/sdb5

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

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

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

7. Выполните проверки всех недавно созданных файловых систем.

fsck /dev/sdb1
fsck /dev/sdc1
fsck /dev/sdb5