Внутреннее устройство Linux

[1:0:0:0] cd/dvd Slimtype DVD A DS8A5SH XA15 /dev/sr0 /dev/sg1

[2:0:0:0] disk USB2.0 CardReader CF 0100 /dev/sdb /dev/sg2

[2:0:0:1] disk USB2.0 CardReader SM XD 0100 /dev/sdc /dev/sg3

[2:0:0:2] disk USB2.0 CardReader MS 0100 /dev/sdd /dev/sg4

[2:0:0:3] disk USB2.0 CardReader SD 0100 /dev/sde /dev/sg5

[3:0:0:0] disk FLASH Drive UT_USB20 0.00 /dev/sdf /dev/sg6

В дополнение к обычному файлу блочного устройства в каждой строке указан файл обобщенного SCSI-устройства (отмечен символом

). Так, обобщенным устройством для оптического привода /dev/sr0 является /dev/sg1.

Зачем может понадобиться обобщенное SCSI-устройство? Ответ обусловлен сложностью кода ядра. Когда задачи становятся более тяжелыми, лучше их выве­сти за пределы ядра. Представьте запись и чтение CD/DVD. Чтение происходит существенно проще записи, при нем не затрагиваются важные службы ядра. Программа в пространстве пользователя выполнила бы запись чуть менее эффективно, чем служба ядра, однако такую программу гораздо проще создать и поддерживать, чем службу ядра, а ошибки в ней не затронут пространство ядра. Следовательно, чтобы записать оптический диск в системе Linux, мы запускаем программу, которая «разговаривает» с обобщенным SCSI-устройством, таким как /dev/sg1. Однако благодаря простоте чтения, по сравнению с записью, считывание с устройства происходит с помощью специального драйвера sr в ядре.

3.6.4. Методы коллективного доступа к одному устройству

На рис. 3.3 для SCSI-подсистемы Linux показаны две точки доступа (sr и sg) к оптическому приводу из пространства пользователя (опущены все драйверы, которые расположены под самым нижним уровнем SCSI). Процесс А осуществляет чтение с помощью драйвера sr, а процесс Б производит запись с помощью драйвера sg. Однако такие процессы не могут одновременно получать доступ к одному устрой­ству.

Рис. 3.3. Схема драйверов оптического привода

На рис. 3.3 процесс А осуществляет чтение с блочного устройства. Однако действительно ли пользовательские процессы считывают данные подобным образом? Ответ, как правило, отрицательный: нет, напрямую не считывают. Над блочными устройствами есть дополнительные слои, а для жестких дисков — также и дополнительные точки доступа, как вы узнаете из следующей главы.

4. Диски и файловые системы

В главе 3 мы рассмотрели дисковые устройства верхнего уровня, которые делают ядро доступным. В данной главе мы детально расскажем о работе с дисками в Linux. Вы узнаете о том, как создавать разделы дисков, настраивать и поддерживать файловые системы в этих разделах, а также работать с областью подкачки.

Вспомните о том, что у дисковых устройств есть имена вроде /dev/sda, первого диска подсистемы SCSI. Такой тип блочного устройства представляет диск целиком, однако внутри диска присутствуют различные компоненты и слои.

На рис. 4.1 приведена схема типичного диска в Linux (масштаб не соблюден). По мере изучения этой главы вы узнаете, где находится каждый его фрагмент.

Рис. 4.1. Схема типичного диска Linux

Разделы являются более мелкими частями всего диска. В Linux они обозначаются с помощью цифры после названия блочного устройства и, следовательно, получают такие имена, как, например, /dev/sda1 и /dev/sdb3. Ядро представляет каждый раздел в виде блочного устройства, как если бы это был целый диск. Разделы определяются в небольшой области диска, которая называется таблицей разделов.

примечание

Многочисленные разделы были когда-то распространены в системах с большими дисками, поскольку старые ПК могли загружаться только из определенных частей диска. К тому же администраторы использовали разделы, чтобы зарезервировать некоторое пространство для областей операционной системы. Например, они исключали возможность того, чтобы пользователи заполнили все свободное пространство системы и нарушили работу важных служб. Такая практика не является исключительной для Unix; вы по-прежнему сможете найти во многих новых системах Windows несколько разделов на одном диске. Кроме того, большинство систем располагает отдельным разделом подкачки.

Хотя ядро и позволяет вам иметь одновременный доступ ко всему диску и к одному из его разделов, вам не придется это делать, если только вы не копируете весь диск.

Следующий за разделом слой является файловой системой. Это база данных о файлах и каталогах, с которыми вы привыкли взаимодействовать в пространстве пользователя. Файловые системы будут рассмотрены в разделе 4.2.

Как можно заметить на рис. 4.1, если вам необходим доступ к данным в файле, вам потребуется выяснить из таблицы разделов расположение соответствующего раздела, а затем отыскать в базе данных файловой системы этого раздела желаемый файл с данными.

Чтобы обращаться к данным на диске, ядро Linux использует систему слоев, показанную на рис. 4.2. Подсистема SCSI и все остальное, описанное в разделе 3.6, представлены в виде одного контейнера. Обратите внимание на то, что с дисками можно работать как с помощью файловой системы, так и непосредственно через дисковые устройства. В этой главе вы попробуете оба способа.

Чтобы уяснить, как все устроено, начнем снизу, с разделов.

4.1. Разделы дисковых устройств

Существуют различные типы таблиц разделов. Традиционная таблица — та, которая расположена внутри главной загрузочной записи MBR (Master Boot Record). Новым, набирающим силу стандартом является глобальная таблица разделов с уникальными идентификаторами GPT (Globally Unique Identifier Partition Table).

Приведу перечень доступных в Linux инструментов для работы с разделами:

• parted — инструмент командной строки, который поддерживает как таблицу MBR, так и таблицу GPT;

• gparted — версия инструмента parted с графическим интерфейсом;

• fdisk — традиционный инструмент командной строки Linux для работы с разделами. Не поддерживает таблицу GPT;

Рис. 4.2. Схема доступа ядра к диску

• gdisk — версия инструмента fdisk, которая поддерживает таблицу GPT, но не работает с MBR.

Поскольку инструмент parted поддерживает обе таблицы (MBR и GPT), в данной книге мы будем пользоваться им. Однако многие пользователи предпочитают интерфейс fdisk, и в этом нет ничего плохого.

примечание

Хотя команда parted способна создавать и изменять файловые системы, не следует использовать ее для манипуляций с файловой системой, поскольку вы можете легко запутаться. Имеется существенное отличие работы с разделами от работы с файловой системой. Таблица разделов устанавливает границы диска, в то время как файловая система гораздо сильнее вовлечена в структуру данных. Исходя из этого, мы будем применять команду parted для работы с разделами, а для со­здания файловых систем используем другие утилиты (см. подраздел 4.2.2). Даже документация к команде parted призывает вас создавать файловые системы отдельно.