Описание файловой системы линукс

Файловые системы в Linux

XFS — начало разработки 1993 год, фирма Silicon Graphics, в мае 2000 года предстала в GNU GPL, для пользователей большинства Linux систем стала доступна в 2001-2002 гг. Отличительная черта системы — прекрасная поддержка больших файлов и файловых томов, 8 эксбибайт — 1 байт (8*2 60 -1 байт) для 64-х битных систем. Ко всему прочему обладает другими немаловажными особенностями — непрерывные области дискового пространства, задержка выделения пространства и онлайн дефрагментация. Является одной из старейших журналируемых файловых систем для *nix, и содержит в себе наиболее отлаженный, в этом контексте, исходный код.

ReiserFS (Reiser3) — одна из первых журналируемых файловых систем под Linux, разработана Namesys. Имеет некоторые врождённые головные боли, но в целом неплохая система, ведущая отсчёт дней своих с 2001 года. Оговорюсь, что смысл журналируемых систем заключается в дисковых транзакциях, которые последовательно пишутся в специальную зону диска (журнал, он же лог), перед тем как данные попадают в конечные точки файловой системы. Максимальный объём тома для этой системы равен 16 тебибайт (16*2 40 байт).

JFS (Journaled File System) — файловая система, детище IBM, явившееся миру в далёком 1990 году для ОС AIX (Advanced Interactive eXecutive). В виде первого стабильного релиза, для пользователей Linux, система стала доступна в 2001 году. Из плюсов системы — неплохая масштабируемость. Из минусов — не особо активная поддержка на протяжении всего жизненного цикла. Максимальный рамер тома 32 пэбибайта (32*2 50 байт).

ext (extended filesystem) — появилась в апреле 1992 года, это была первая файловая система, изготовленная специально под нужды Linux ОС. Разработана Remy Card с целью преодолеть ограничения файловой системы Minix.

ext2 (second extended file system) — была разработана Remy Card в 1993 году. Не журналируемая файловая система, это был основной её недостаток, который исправит ext3.

ext3 (third extended filesystem) — по сути расширение исконной для Linux ext2, способное к журналированию. Разработана Стивеном Твиди (Stephen Tweedie) в 1999 году, включена в основное ядро Linux в ноябре 2001 года. На фоне других своих сослуживцев обладает более скромным размером пространства, до 4 тебибайт (4*2 40 байт) для 32-х разрядных систем. На данный момент является наиболее стабильной и поддерживаемой файловой системой в среде Linux.

Reiser4 — первая попытка создать файловую систему нового поколения для Linux. Впервые представленная в 2004 году, система включает в себя такие передовые технологии как транзакции, задержка выделения пространства, а так же встроенная возможность кодирования и сжатия данных. Ханс Рейзер (Hans Reiser), главный разработчик системы, рекламировал использовать своё детище непосредственно как БД с улучшенными метаданными. После того, как Ханс Рейзер был осуждён за убийство в 2008 году, дальнейшая судьба системы стала сомнительной.

ext4 — попытка создать 64-х битную ext3 способную поддерживать больший размер файловой системы (1 эксбибайт). Позже добавились возможности — непрерывные области дискового пространства, задержка выделения пространства, онлайн дефрагментация и прочие. Обеспечивается прямая совместимость с системой ext3 и ограниченная обратная совместимость при недоступной способности к непрерывным областям дискового пространства.

UPD: Btrfs (B-tree FS или Butter FS) — проект изначально начатый компанией Oracle, впоследствии поддержанный большинством Linux систем. Многие считаеют систему эдаким ответом на ZFS. Ключевыми особенностями данной файловой системы являются технологии: copy-on-write, позволяющая сделать снимки областей диска (снапшоты), которые могут пригодится для последующего восстановления; контроль за целостностью данных и метаданных (с повышенной гарантией целостности); сжатие данных; оптимизированный режим для накопителей SSD (задаётся при монтировании) и прочие. Немаловажным фактором является возможность перехода с ext3 на Btrfs. С августа 2008 года данная система выпускается под GNU GPL.

Tux2 — известная, но так и не анонсированная публично файловая система. Создатель Дэниэл Филипс (Daniel Phillips), система базируется на алгоритме «Фазового Дерева», который как и журналирование защищает файловую систему от сбоев. Организована как надстройка на ext2.

Tux3 — наступая на пятки Btrfs, представлена новая файловая система. Система создана на основе FUSE (Filesystem in Userspace), специального модуля для создания файловых систем на *nix платформах. Данный проект ставит перед собой цель избавиться от привычного журналирования, взамен предлагая версионное восстановление (состояние в определённый промежуток времени). Преимуществом используемой в данном случае версионной системы, является способ описания изменений, где для каждого файла создаётся изменённая копия, а не переписывается текущая версия. Такой подход позволяет более гибко управлять версиями.

UPD: Xiafs — задумка и разработка данной файловой системы принадлежат Frank Xia, основана на файловой системе MINIX. В настоящее время считается устаревшей и практически не используется. Наряду с ext2 разрабатывалась, как замена системе ext. В декабре 1993 года система была добавлена в стандартное ядро Linux. И хотя система обладала большей стабильностью и занимала меньше дискового пространства под контрольные структуры — она оказалась слабее ext2, ведущую роль сыграли ограничения максимальных размеров файла и раздела, а так же способность к дальнейшему расширению.

UPD: ZFS (Zettabyte File System) — изначально созданная в Sun Microsystems файловая система, для небезызвестной операционной системы Solaris в 2005 году. Отличительные особенности — отсутствие фрагментации данных как таковой, возможности по управлению снапшотами (snapshots), пулами хранения (storage pools), варьируемый размер блоков, 64-х разрядный механизм контрольных сумм, а так же способность адресовать 128 бит информации! В Linux системах может использоваться посредствам FUSE.

Источник

Файловая система Linux — обзор, список команд для работы

Поговорим о файловых системах Linux. Какие существуют типы и виды. Какие их основные различия: журналируемые и не журналируемые ФС.

1. Что такое файловая система простыми словами

Термин «файловая система» можно понимать двояко. С одной стороны — это архитектура хранения битов на жестком диске, с другой — это организация каталогов в соответствии с идеологией Unix. В этой статье мы более подробно обсудим первую сторону.

В физическом смысле файловая система Linux/UNIX представляет собой пространство раздела диска разбитое на блоки фиксированного размера. Их размер кратен размеру сектора: 1024, 2048, 4096 или 8120 байт. Размер блока известен заранее.

Как происходит обмен данными между ядром, приложениями и жестким диском? Для этого существуют 2 технологии:

1. Виртуальная файловая система (VFS). Некий интерфейс, между ядром и файловой системой (ext2, ext4 и т.д.). Это позволяет взаимодействовать ядру и приложениям без особенностей работы конкретного типа ФС. Иногда VFS называют «виртуальным коммутатором файловых систем».
2. Драйверы файловых систем . Специальные программы, которые устанавливают «мост» (интерфейс) взаимодействия между аппаратурой и программой.

Список поддерживаемых ядром файловых систем находится в файле /proc/filesystems :

Иерархия файловой системы

Как мы уже сказали выше, есть вторая сторона ФС, которая состоит в определении ее с точки зрения организации расположения файлов в Linux. В этом случае можно сказать, что: файловая система — это иерархическая структура, которая начинается с корневого каталога «/» (корневой каталог) и дальше ветвится в соответствие с работой системы.

В этой статье мы будем говорить подробнее про типы файловых систем. Про организацию и структуру каталогов в Linux можно отдельно прочитать в статье:

2. Целостность файловой системы — что это такое

Файловая система называется целостной, если внесенные изменения в один файл не приведут к изменению другого файла в системе, который никак не связан с первым. В этом случае мы говорим, что у всех данных собственная физическая память.

Проверку целостности файловой системы в Linux можно запустить с помощью команды fsck (в Windows это программа называется – scandisk )

В начале ФС есть чистый бит. Если система используется, то в этот бит заносится 1. По завершению работы опять 0.

3. Список команд для работы с файлами в Linux

Команда	Описание
touch file_name	Создать файл «file_name»
mkdir directory_name	Создать директорию «directory_name»
rm file_name	Удалить файл «file_name»
rm -r	Удалить рекурсивно все файлы из директории
pwd	Вывод каталога в котором сейчас находитесь
ls directory_name	Вывести содержание каталога «directory_name» (можно просто ввести ls без имени и тогда выведутся все файлы текущей директории)
cd directory_name	Перейти в директорию «directory_name»
cp file_name directory_name	Копировать «file_name» в директорию «directory_name»
mv file_name directory_name	Переместить «file_name» в директорию «directory_name»
mv old_name new_name	Переименовать файл/директорию «old_name» в «new_name»

Права доступа к файлу/каталогу можно изменять с помощью команды chmod:

Таким образом можно изменять права доступа к файлу и каталогам (а также вложенным каталогам и файлам в них).

4. Типы файловых систем Linux — описание и обзор

Файловые системы условно делятся на два типа

1. Журналируемые . Имеют в своем арсенале специальный файл, который хранит историю действий (лог) и план дальнейшей проверки. Характерной особенностью является устойчивость к сбоям и большая гарантия на сохранение целостности данных.
2. Не журналируемые . Отсутствует файла с логом. Работают более быстро. Не гарантируют целостность и сохранность данных. Особенно это проблема встает в случае сбоев, когда некоторые действия могли редактировать файл и прервать изменения в неправильном месте.

Узнать файловую систему в ОС Linux

Самые популярными типами ФС в Linux являются:

1. Ext4 (считается стандартом для Linux)
2. Ext2
3. ReiserFS
4. XFS
5. SWAP

В Windows поддерживаются свои ФС: NTFS, FAT32. Линукс также их поддерживает, а вот Windows не поддерживает линуксовые системы.

1 Extfs (Extended File System). Дата появления на свет апреле 1992 года. Самая первая файловая система разработанная специально для ОС на ядре Linux. Наибольший возможный размер раздела файла — 2 Гб. Максимальная длина имени файла — 255 символов. Является прародителем популярных ФС Ext2, Ext3.

2 Ext2 (second extended file system). Дата создания 1993 год. Является не журналируемой файловой системой. Была популярна до 2000-х. Имеет ряд ограничений на работу с большими файлами, зато является и самой быстрой, поэтому её часто используют в различных сравнительных тестах как эталонную.

3 Ext3 (third extended filesystem). Дата выхода 2001 год. Считается революционной, поскольку относится к поколению журналируемых систем. В настоящее время файловая система Ext3 поддерживает файлы размером до 1 ТБайт. Используется в некоторых случаях до сих пор. Разделы Ext3 могут читать Windows-программы (например, Total Commander). Разработчик Стивен Твид.

4 Ext4 (дата выхода 2006 год). Является стандартом во всех современных Linux (а сейчас 2019 год). Хорошо защищена от проблем фрагментации и оптимизирована для работы с большими файлами. Максимальный размер файловой системы не может превышать 16 ТБайт.

5 ReiserFS (или Reiser3). Создана уже после ext3 в качестве ее альтернативы. Журналируемая система. Поддерживает большую производительность. Позволяет изменять размеры разделов во время работы.

Считается самой экономичной, поскольку позволяет хранить несколько файлов в одном блоке, что позволяет использовать каждый байт жесткого диска. Обычные файловые системы могут хранить в одном блоке один файл или одну его часть.

6 Reiser4 (дата создания 2004 году). Система включает себя такие передовые технологии как транзакции, задержка выделения пространства, а так же встроенная возможность кодирования и сжатия данных.

7 XFS (журналируемая файловая система). Это производительная файловая система, разработанная в Silicon Graphics для свой операционной системы еще в 2001 году. Позволяла использовать диски 2 ТБайт. Существует возможность потери данных во время записи при сбое питания, так как большое количество буферов хранится в памяти.

8 Btrfs или B-Tree File System . Журналируемая файловая система. Совершенно новоиспеченная файловая система, которая сосредоточена на отказоустойчивости, свободности администрирования и восстановления данных. К её особенностям относятся хранение индекса файлов в так называемых «B-деревьях» – иерархических структурах, которые максимально оптимально используют ресурсы оперативной памяти за счёт небольшой глубины вложения данных.

9 SWAP – особый вид не журналируемой файловой системы, которая реализует структуру хранения данных, аналогичную структуре оперативной памяти. Используется для реализации файла подкачки в Linux.

5. Типы файлов Linux

Перечислим поддерживаемые типы файлов в ОС Linux

• Файлы (тексты, исходники, картинки, скрипты)
• Каталоги
• Блочные устройства (жесткие диски, дискеты)
• Символьные устройства (терминалы, принтеры)
• символические ссылки
• PIPE
• Гнезда

Тип файла в каталоге можно посмотреть командой:

Посмотреть список блочных устройств можно командой:

# ls-l /dev/sd* brw-rw—-1 root disk 8, 0 Мар11 19:03 /dev/sda brw-rw—-1 root disk 8, 1 Мар10 21:23 /dev/sda1 brw-rw—-1 root disk 8, 5 Мар10 21:23 /dev/sda5 brw-rw—-1 root disk 8, 16 Мар10 22:31 /dev/sdb brw-rw—-1 root disk 8, 17 Мар10 21:23 /dev/sdb1 brw-rw—-1 root disk 8, 18 Мар10 21:23 /dev/sdb2 brw-rw—-1 root disk 8, 32 Мар11 19:05 /dev/sdc brw-rw—-1 root disk 8, 33 Мар11 17:59 /dev/sdc1

Буквой «b» помечаются блочные устройства.

Посмотреть список дисков можно командой

Вывести информацию о жестком диске можно так

Источник

Типы файловых систем для Linux

Операционная система Windows может быть установлена только на файловую систему NTFS, поэтому обычно у пользователей не возникает вопросов какую ФС лучше использовать. Но Linux очень сильно отличается, здесь в ядро системы встроены и могут использоваться несколько файловых систем, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач и лучше подходит именно для них.

Новые пользователи не всегда понимают что такое раздел жесткого диска и файловая система. В нашей сегодняшней статье мы попытаемся разобраться во всех этих понятиях, рассмотрим что такое файловая система, а также рассмотрим самые распространенные типы файловых систем Linux. Но начнем с самых основ, разделов диска.

Жесткий диск и разделы

Обычно в компьютере используется один жесткий диск, но для удобства все доступное пространство разделяется на разделы, в Windows они известны как диски, в Linux же их принято называть разделами. Чтобы операционная система знала сколько разделов есть на диске и их физические границы используется таблица разделов. Она может быть двух типов — GPT или MBR. В этой статье мы не будем рассматривать ее подробно. Скажу только, что там находится метка раздела, его порядковый номер и адрес начала и конца на жестком диске.

Что такое файловая система?

Дальше больше. Чтобы на каждом разделе можно было работать с файлами и каталогами, необходима файловая система. Мы могли бы писать просто содержимое файлов на диск, но нужно еще где-то хранить данные о папках, имена файлов, их размер, адрес на жестком диске, атрибуты доступа. Всем этим занимается файловая система.

От файловой системы зависит очень многое, скорость работы с файлами, скорость записи и даже размер файлов. Также от стабильности файловой системы будет зависеть сохранность ваших файлов.

Типы файловых систем Linux

Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Дальше мы рассмотрим типы файловых систем Linux, включая специальные файловые системы.

Основные файловые системы

Каждый дистрибутив Linux позволяет использовать одну из этих файловых систем, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы. Давайте рассмотрим каждую из них более подробно.

• Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem — это стандартная файловая система для Linux. Она была разработана еще для Minix. Она самая стабильная из всех существующих, кодовая база изменяется очень редко и эта файловая система содержит больше всего функций. Версия ext2 была разработана уже именно для Linux и получила много улучшений. В 2001 году вышла ext3, которая добавила еще больше стабильности благодаря использованию журналирования. В 2006 была выпущена версия ext4, которая используется во всех дистрибутивах Linux до сегодняшнего дня. В ней было внесено много улучшений, в том числе увеличен максимальный размер раздела до одного экзабайта.
• JFS или Journaled File System была разработана в IBM для AIX UNIX и использовалась в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов. При разработке файловой системы ставилась цель создать максимально эффективную файловую систему для многопроцессорных компьютеров. Также как и ext, это журналируемая файловая система, но в журнале хранятся только метаданные, что может привести к использованию старых версий файлов после сбоев.
• ReiserFS — была разработана намного позже, в качестве альтернативы ext3 с улучшенной производительностью и расширенными возможностями. Она была разработана под руководством Ганса Райзера и поддерживает только Linux. Из особенностей можно отметить динамический размер блока, что позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Еще одно преимущество — в возможности изменять размеры разделов на лету. Но минус в некоторой нестабильности и риске потери данных при отключении энергии. Раньше ReiserFS применялась по умолчанию в SUSE Linux, но сейчас разработчики перешли на Btrfs.
• XFS — это высокопроизводительная файловая система, разработанная в Silicon Graphics для собственной операционной системы еще в 2001 году. Она изначально была рассчитана на файлы большого размера, и поддерживала диски до 2 Терабайт. Из преимуществ файловой системы можно отметить высокую скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету и незначительный размер служебной информации.
• XFS — журналируемая файловая система, однако в отличие от ext, в журнал записываются только изменения метаданных. Она используется по умолчанию в дистрибутивах на основе Red Hat. Из недостатков — это невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при записи, если будет неожиданное отключение питания, поскольку большинство данных находится в памяти.
• Btrfs или B-Tree File System — это совершенно новая файловая система, которая сосредоточена на отказоустойчивости, легкости администрирования и восстановления данных. Файловая система объединяет в себе очень много новых интересных возможностей, таких как размещение на нескольких разделах, поддержка подтомов, изменение размера не лету, создание мгновенных снимков, а также высокая производительность. Но многими пользователями файловая система Btrfs считается нестабильной. Тем не менее, она уже используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.

Другие файловые системы, такие как NTFS, FAT, HFS могут использоваться в Linux, но корневая файловая система linux на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.

Специальные файловые системы

Ядро Linux использует специальные файловые системы, чтобы предоставить доступ пользователю и программам к своим настройкам и информации. Наиболее часто вы будете сталкиваться с такими вариантами:

• tmpfs позволяет размещать любые пользовательские файлы в оперативной памяти компьютера. Достаточно создать блочное устройство нужного размера, затем подключить его к папке, и вы можете писать файлы в оперативную память.
• procfs — по умолчанию смонтирована в папку proc и содержит всю информацию о запущенных в системе процессах, а также самом ядре.
• sysfs — с помощью этой файловой системы вы можете задавать различные настройки ядра во время выполнения.

Виртуальные файловые системы

Не все файловые системы нужны в ядре. Существуют некоторые решения, которые можно реализовать и в пространстве пользователя. Разработчики ядра создали модуль FUSE ( filesystem in userspace), который позволяет создавать файловые системы в пространстве пользователя. К виртуальным файловым системам можно отнести ФС для шифрования и сетевые файловые системы.

• EncFS — файловая система, которая шифрует все файлы и сохраняет их в зашифрованном виде в нужную директорию. Получить доступ к расшифрованным данным можно только примонтировав файловую систему.
• Aufs (AnotherUnionFS) — позволяет объединять несколько файловых систем (папок) в одну общую.
• NFS (Network Filesystem) — позволяет примонтировать файловую систему удаленного компьютера по сети.

Таких файловых систем очень много, и мы не будем перечислять все их в данной статье. Есть даже очень экзотические варианты, обратите внимание на проект PIfs.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели типы файловых систем Linux. Как видите, здесь все намного запутаннее чем в Windows. Но на самом деле все просто. Если вам нужна максимально стабильная файловая система linux — то лучшим решением будет ext4, хотите новых технологий — btrfs, для маленьких файлов — raiser4, для больших — XFS. А какие файловые системы linux предпочитаете вы? Напишите в комментариях!

На завершение видео о том, что такое файловая система и ее структура в linux:

Источник