Linux программирование в примерах

4. Возьмите программу stat, которую вы написали в качестве упражнения в «Упражнениях» к главе 6. Добавьте функцию nblock из V7 ls и выведите результаты вместе с полем st_blocks из struct stat. Добавьте видимый маркер, когда они различны.

5. Как бы вы оценили V7 ls по ее использованию malloc? (Подсказка: как часто вызывается free? Где ее следовало бы вызвать?)

6. Как вы оценили бы ясность кода V7 ls? (Подсказка: сколько там комментариев?)

7. Очертите шаги, которые нужно было бы сделать, чтобы адаптировать V7 ls для современных систем.

Глава 8 Файловые системы и обходы каталогов

Данная глава завершает обсуждение файловых систем и каталогов Linux (и Unix). Сначала мы опишем, как к логическому пространству имен файловой системы добавляется (и удаляется) раздел диска, содержащий файловую систему, таким образом, что в общем пользователю не нужно ни знать, ни заботиться о месте физического размещения файла, вместе с API для работы с файловыми системами

Затем мы опишем, как перемещаться по иерархическому пространству имен файлов, как получать полный путь текущего рабочего каталога и как без труда обрабатывать произвольные иерархии (деревья) каталогов, используя функцию nftw. Наконец, мы опишем специализированный, но важный системный вызов chroot.

8.1. Монтирование и демонтирование файловых систем

Унифицированное иерархическое пространство имен файлов является большим достоинством дизайна Linux/Unix. Данный раздел рассматривает, как административные файлы, команды и операционная система объединяются для построения пространства имен из отдельных физических устройств, содержащих данные и служебные данные файлов.

8.1.1. Обзор основ

В главе 5 «Каталоги и служебные данные файлов», были представлены индексы для служебных данных файлов и описано, как элементы каталогов связывают имена файлов с индексами В ней также были описаны разделы и файловые системы, и вы видели, что прямые ссылки ограничены работой в пределах одной файловой системы, поскольку каталоги содержат лишь номера индексов, а последние не уникальны среди всего набора использующихся файловых систем.

Помимо индексов и блоков данных, файловые системы содержат также одну или более копий суперблока. Это специальный дисковый блок, который описывает файловую систему; его сведения обновляются по мере изменений в самой файловой системе. Например, он содержит число свободных и используемых индексов, свободных и используемых блоков и другие сведения. Он включает также магическое число: специальное уникальное значение в специальном месте, которое идентифицирует тип файловой системы (Вскоре мы увидим, насколько это важно.)

Обеспечение доступа к разделу, содержащему файловую систему, называется монтированием (mounting) файловой системы. Удаление файловой системы из использования называется, что неудивительно, демонтированием (unmounting) файловой системы.

Эти две задачи выполняются программами mount и umount [так], названными по соответствующим системным вызовам. У системного вызова mount каждой системы Unix свой, отличный интерфейс. Поскольку монтирование и демонтирование считаются проблемой реализации, POSIX намеренно не стандартизует эти системные вызовы

Вы монтируете файловую систему в каталог; такой каталог называется точкой монтирования файловой системы. По соглашению, каталог должен быть пустым, но ничто не принуждает к этому. Однако, если точка монтирования не пуста, все ее содержимое становится , пока в ней не смонтирована файловая система [76] .

Ядро поддерживает уникальный номер, известный как номер устройства, который идентифицирует каждый смонтированный раздел. По этой причине именно пара (устройство, индекс) вместе уникально идентифицируют файл; когда структуры struct stat для двух имен файлов указывают, что оба эти номера одни и те же, можно быть уверенным, что они на самом деле ссылаются на один и тот же файл.

76

GNU/Linux и Solaris дают возможность монтировать один файл поверх другого; это продвинутое использование, которое мы не будем обсуждать — Примеч. автора.

Как упоминалось ранее, программы уровня пользователя помещают структуры индексов и другие вспомогательные данные на раздел диска, создавая тем самым файловую систему. Эти самые программы создают для файловой системы начальный корневой каталог. Таким образом, нам придется провести различие между «корневым каталогом, названным /», который является каталогом самого верхнего уровня в иерархическом пространстве имен файлов, и «корневым каталогом файловой системы», который является отдельным каталогом верхнего уровня каждой файловой системы. Каталог / является также «корневым каталогом» «корневой файловой системы».

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.)