Linux программирование в примерах

По причинам, описанным на врезке, у корневого каталога файловой системы номер индекса всегда равен 2 (хотя это не стандартизовано формально). Поскольку может быть несколько файловых систем, у каждой из них один и тот же номер индекса корневого каталога 2. При разрешении пути ядро знает, где смонтирована каждая файловая система и заставляет имя точки монтирования ссылаться на корневой каталог смонтированной файловой системы. Более того, '..' в корне смонтированной файловой системы ссылается на родительский каталог точки монтирования.

На рис. 8.1 показаны две файловые системы: одна для корневого каталога, а другая для /usr, до того, как /usr смонтирована. На рис. 8.2 показана ситуация после монтирования /usr.

Рис. 8.1. Отдельные файловые системы до монтирования

Рис. 8.2. Отдельные файловые системы после монтирования

Каталог /, корень всей логической иерархии, особый еще в одном отношении: /. и /.. ссылаются на один и тот же каталог; это неверно для любого другого каталога в системе. (Таким образом, после команды типа 'cd /../../../..' вы все еще будете в /.) Это поведение реализуется простым способом: как /., так и /.. являются прямыми ссылками на корневой каталог файловой системы. (Вы можете видеть это как на рис. 8.1, так и 8.2.) Каждая файловая система работает таким способом, но ядро рассматривает / особым образом и не рассматривает как особый случай каталог '..' для файловой системы, смонтированной в /.

Номера индексов корневого каталога

Номер индекса для корневого каталога файловой системы всегда равен 2. Почему это так? Ответ имеет отношение как к технологии, так и к истории.

Как упоминалось в разделе 5.3 «Чтение каталогов», элемент каталога с номером индекса ноль означает неиспользуемый, или пустой слот. Поэтому индекс 0 не может использоваться для настоящего файла или каталога.

Хорошо, так что насчет индекса 1? Ну, особенно в 70-80 годах XX века, диски не были сделаны так же хорошо, как сейчас. Когда вы покупали диск, он приходил с (бумажным) списком испорченных блоков — известных мест на диске, которые не могли быть использованы. Каждой операционной системе приходилось отслеживать эти плохие блоки и избегать их использования.

Под Unix это осуществлялось созданием файла особого назначения, блоки данных которого были известны, как испорченные. Этот файл присоединялся к индексу 1, оставляя 2 в качестве первого индекса, доступного для использования обычными файлами или каталогами.

На современных дисках присутствует значительное количество встроенной электроники, и они сами управляют испорченными блоками. Поэтому технически было бы осуществимо использовать для файла индекс 1. Однако, поскольку такое большое количество программ Unix, которые предполагают, что индекс 2 является индексом для корневых каталогов файловых систем, Linux также следует этому соглашению. (Однако, Linux иногда использует индекс 1 для не собственных файловых систем, таких, как vfat или /proc.)

8.1.2. Обзор различных типов файловых систем

ЗАМЕЧАНИЕ. Обсуждение в данном разделе специфично для Linux. Однако, у многих современных систем Unix также есть сходные особенности. Мы рекомендуем вам изучить документацию своей системы.

Исторически V7 Unix поддерживал лишь один тип файловой системы; вспомогательные данные и организация каталогов каждого из разделов были структурированы одним и тем же способом. 4.1 BSD использовал файловую систему с такой же как у V7 структурой, но с размером блока 1024 байта вместо 512 байтов. 4.2 BSD ввело «файловую систему BSD», которая разительно изменила расположение индексов и данных на диске и дала возможность использовать гораздо большие размеры блоков. (В общем, использование больших протяженных блоков данных обеспечивает лучшую производительность, особенно для чтения файлов.)

Вплоть до 4.3 BSD и System V Release 2 в начале и середине 1980-х системы Unix продолжали поддерживать один тип файловой системы. Для переключения компьютера от одной файловой системы на другую [77] приходилось сначала резервировать каждую файловую систему на среду архивирования (9-дорожечную ленту), обновлять систему, а затем восстанавливать данные.

В середине 1980-х Sun Microsystems разработала архитектуру ядра, которая сделала возможным использование нескольких архитектур файловой системы в одно и то же время. Этот проект был реализован в их операционной системе SunOS, сначала для поддержки сетевой файловой системы Sun (Network File System — NFS). Однако, как следствие, стало возможным также поддерживать несколько архитектур на диске. System V Release 3 использовала сходную архитектуру для поддержки удаленной файловой системы (Remote File System — RFS), но она продолжала поддерживать лишь одну архитектуру на диске. [78] (RFS никогда широко не использовалась и сейчас является лишь исторической сноской.)

77

Например, при обновлении VAX 11/780 с 4.1 BSD до 4.2 BSD — Примеч. автора.

78

System V Release 3 поддерживала два различных размера блоков: 512 байтов и 1024 байта, но в остальном организация диска была той же самой — Примеч. автора.

Общий дизайн Sun стал популярным и широко реализовывался в коммерческих системах Unix, включая System V Release 4. Системы Linux и BSD используют разновидность этого дизайна для поддержки множества форматов файловых систем на диске. В частности, обычным для всех разновидностей Unix на платформе Intel x86 является возможность монтирования файловых систем MS-DOS/Windows FAT, включая поддержку длинных имен, а также форматированные в соответствии с ISO 9660 CD-ROM.

Linux имеет несколько собственных (т.е. размещаемых на диске) файловых систем. Наиболее популярными являются файловые системы ext2 и ext3. Однако, доступно значительно больше файловых систем. Сведения о большинстве из них вы можете найти в каталоге /usr/src/linux/Documentation/filesystems/ (если вы установили исходный код ядра). В табл. 8.1 перечислены имена различных файловых систем с кратким описанием каждой из них. Сокращение «RW» означает «чтение/запись», a «RO» означает «только чтение».

Таблица 8.1. Поддерживаемые ядром файловые системы Linux (ядро 2.4.x)

Имя	Режим	Описание
afs	RW	Andrew File System (файловая система Andrew)
adfs	RW	Acorn Advanced Disc Filing System (расширенная дисковая файловая система Acorn)
affs	RO, RW	Amiga Fast File system (быстрая файловая система Amiga) Режим «только для чтения» в противоположность режиму «для записи и чтения» зависит от версии файловой системы
autofs	RW	Файловая система для взаимодействия с демоном автоматического монтирования
befs	RO	Файловая система BeOS. Помечена как программное обеспечение альфа.
bfs	RW	SCO UnixWare Boot File system (загрузочная файловая система SCO Unix).
binfmt-misc	RW	Специальная файловая система для запуска интерпретаторов компилированных файлов (например, файлов Java)
efs	RW	Файловая система, разработанная для варианта Unix SGI, названного Irix
coda	RW	Экспериментальная распределенная файловая система, разработанная в CMU [79]
cramfs	RO	Небольшая файловая система для хранения файлов в постоянной памяти (ROM).
devfs	RW	Способ динамического предоставления файлов для /dev (устарело).
devpts	RW	Специальная файловая система для псевдотерминалов.
ext2	RW	Вторая расширенная файловая система. Файловая система по умолчанию для GNU/Linux, хотя некоторые дистрибутивы используют теперь ext3.
ext3	RW	Файловая система ext2 с журналированием
hfs	RW	Hierarchical File System (иерархическая файловая система) Apple Mac OS.
hpfs	RW	High Performance File System (высокопроизводительная файловая система) OS/2.
intermezzo	RW	Экспериментальная распределенная файловая система для работы в отсоединенном от сети состоянии. См веб-сайт InterMezzo (http://www.inter-mezzo.org)
jffs	RW	Journalled Flash File system (журналируемая файловая система с групповой записью/считыванием, для встроенных систем)
jffs2	RW	Journalled Flash File system 2 (тоже для встроенных систем)
iso9660	RO	Файловая система ISO 9660 для CD-ROM. Поддерживаются также расширения Rock Ridge, заставляющие выглядеть использующие их CD-ROM как нормальная файловая система (но только для чтения).
jfs	RW	Journalled File System (журналируемая файловая система) IBM для Linux.
ncp	RW	Протокол Novell NCP для NetWare; клиент удаленной файловой системы.
ntfs	RO	Поддержка файловой системы NTFS Windows
openpromfs	RO	Файловая система /proc для PROM на системах SPARC
proc	RW	Доступ к информации о процессах и ядре
qnx4	RW	Файловая система QNX4 (небольшой операционной системы реального времени)
ramfs	RW	Файловая система для создания RAM-дисков.
reiserfs	RW	Развитая журналируемая файловая система
romfs	RO	Файловая система для создания простых RAM-дисков только для чтения.
smbfs	RW	Поддержка клиента для файловых систем SMB (разделяемых файлов Windows)
sysv	RW	Файловые системы System V Release 2, Xenix, Minix и Coherent. coherent, minix и xenix являются псевдонимами
tmpfs	RW	Файловая система электронного диска, поддерживающая динамический рост.
udf	RO	Формат файловой системы UDF, используемый в DVD-ROM
ufs	RO, RW	Быстрая файловая система BSD, на современных системах с доступом для чтения и записи.
umsdos	RW	Расширение vfat, заставляющее выглядеть ее подобно файловой системе Unix
usbfs	RW	Специальная файловая система для работы с устройствами USB. Первоначальным именем было usbdevfs, это имя до сих пор появляется, например, в выводе mount
vfat	RW	Все варианты файловых систем FAT MS-DOS/Windows Компонентами являются msdos и fat
vxfs	RW	Журналируемая файловая система Veritas VxFS.
xfs	RW	Высокопроизводительная журналирующая файловая система, разработанная SGI для Linux. См веб-сайт XFS (http://oss.sgi.com/projects/xfs/)

79

Университет Карнеги-Меллона — Примеч. перев.

Не все из этих файловых систем поддерживаются командой mount; список поддерживаемых см. в mount(8).

Журналирование является методикой, впервые использованной в системах баз данных для увеличения производительности обновлений файлов таким образом, что восстановление файловой системы в случае аварии могло быть сделано быстро и правильно. В момент написания этого были доступны несколько различных журналируемых файловых систем, конкурирующих за продвижение в мире GNU/Linux. Одной из них является ext3; у нее преимущество обратной совместимости с существующими файловыми системами ext2, очень просто конвертировать файловые системы туда-сюда между этими двумя видами (См. tune2fs(8).) ReiserFS и XFS также имеют своих твердых сторонников.

Файловые системы fat, msdos, umsdos и vfat все разделяют общий исходный код. В общем, можно использовать vfat для монтирования разделов Windows FAT-32 (или другой FAT-xx), a umsdos, если нужно использовать раздел FAT в качестве корневой файловой системы для GNU/Linux.

Файловые системы Coherent, MINIX, первоначальной System V и Xenix все имеют сходные структуры на диске. Тип файловой системы sysv поддерживает все из них; четыре имени coherent, minix, sysv и xenix являются псевдонимами один для другого. Имена coherent и xenix в конечном счете будут удалены.

Быстрая файловая система BSD в течение нескольких лет успешно развилась. Файловая система ufs поддерживает операции чтения/записи для версий, начиная с 4.4 BSD, которая является основой для трех широко распространенных операционных систем BSD: FreeBSD, NetBSD и OpenBSD. Она поддерживает также операции чтения/записи для файловой системы Sun Solaris как для SPARC, так и для систем Intel x86. Первоначальный формат BSD и формат операционной системы NeXTStep поддерживаются в режиме только для чтения.

Обозначения «RO» для befs и ntfs означают, что файловые системы этих типов можно смонтировать и читать, но в них невозможно записать файлы или удалить из них файлы. (Со временем это может измениться; проверьте документацию своей системы.) Файловые системы cramfs, iso9660, romfs и udf отмечены «RO», поскольку лежащее в их основе средство по своей сути является устройством только для чтения.

Две файловые системы, которых больше не существует, это ext, которая была оригинальной расширенной файловой системой, и xiafs, которая расширяла оригинальную файловую систему MINIX для использования длинных имен и больших размеров файлов, xiafs и ext2 появились примерно в одно время, но ext2 в конечном счете стала доминирующей файловой системой. [80]

80

Источник: http://www.ife.ee.ethz.ch/music/software/sag/subsection2_5_4_3.html — Примеч. автора.