Работа с внешними устройствами

Разметка диска и именование устройств

В начале лекции говорилось о том, что младший номер устройства, соответствующего жесткому диску, обычно указывает на определенный раздел этого диска. Поначалу Мефодию казалось, что смысла "пилить" диск на несколько разделов нет: известно, что один большой раздел файловой системы Linux^{3Для некоторых других файловых систем, например, для vfat, это неверно.} вмещает чуть больше данных, чем несколько маленьких того же объема. Кроме того, разбивая диск на разделы, можно не предугадать подходящие размеры этих разделов, и тогда размещение на них файловой системы Linux окажется делом нелегким, если вообще возможным, так как структура дерева каталогов Linux строго определена стандартом FHS (см. лекцию 3).

Раздел диска. Часть жесткого диска, используемая под определенные задачи: файловую систему того или иного типа, область подкачки и т.п. Изменение содержимого и типа одного раздела никак не сказывается на других.

Впрочем, в том же FHS весьма наглядно обоснована необходимость разнесения всего дерева каталогов по разным разделам, каждый из которых будет иметь собственную файловую систему. Каталоги сильно различаются по тому, как часто приходится в них записывать, насколько надежность хранения данных в них важнее быстродействия и насколько ситуация переполнения файловой системы опасна и может помешать работе. Поэтому стоит держать каталог /tmp, требующий очень частой записи, но не требующий надежного хранения данных после перезагрузки, не на том же разделе, что и корневую файловую систему, запись в которую происходит редко (в каталог /etc ), но требует повышенной надежности. В отдельный раздел можно поместить весь каталог /usr, так как он вообще не требует операций записи. Наконец, такие каталоги, как /var или /home, суммарный объем файлов в которых с трудом поддается контролю со стороны системы, тоже не следует размещать на том же разделе, что и корневую файловую систему, переполнение которой может быть болезненно воспринято Linux.

К тому же на компьютере может быть установлено несколько операционных систем, и каждой из них понадобится для корневой файловой системы отдельный раздел. В примерах этой и предыдущей лекций Мефодий работает именно за такой машиной: помимо Linux, на ней установлен FreeDOS для запуска одной-единственной программы.

Разметка диска IBM-совместимого компьютера

Таблица разделов, таблица разбиения диска, HDPT. Небольшая часть жесткого диска, описывающая геометрию и тип его разделов. Стандартная таблица разделов диска IBM-совместимого компьютера может содержать не более четырех разделов .

Разбиение диска на разделы - дело (теоретически) несложное: какая-то часть диска должна быть отведена под таблицу разделов, в которой и будет написано, как разбит диск. Стандартная таблица разделов для диска IBM-совместимого компьютера - HDPT ( h ard d isk p artition t able) - располагается в конце самого первого сектора диска, после предзагрузчика ( m aster b oot r ecord, MBR ) и состоит из четырех записей вида " тип начало конец ", описывающих очередной раздел диска (если раздела нет, поле тип устанавливается в 0 ). Разделы, упомянутые в HDPT диска, принято называть основными (primary partition). Устройство Linux, соответствующее первому диску компьютера, обычно называется /dev/hda ( h ard d isk " a "). Второй диск получает имя hdb, третий - hdc и так далее. На типичном IBM-совместимом компьютере такое же имя получит и лазерный накопитель. Часто бывает, что жесткий диск - первый в системе ( hda ), а лазерный накопитель - третий ( hdc ); второго же вовсе нет. Устройства, соответствующие основным разделам диска, называются /dev/hdбукваномер, для первого диска - от hda1 до hda4. Просмотреть список разделов можно с помощью команды fdisk -l.

Совмещение нескольких схем разметки

На той самой - двухсистемной - машине fdisk обнаружила пятый, шестой и седьмой разделы, однако не показала ни третий, ни четвертый:

[root@localhost root]# fdisk -l
 Disk /dev/hda: 2147 MB, 2147483648 bytes
 128 heads, 63 sectors/track, 520 cylinders
 Units = cylinders of 8064 * 512 = 4128768 bytes
  Device  Boot Start End Blocks   Id  System
 /dev/hda1  *     1   25 100768+   6  FAT16
 /dev/hda2       26  520 1995840   5  Extended
 /dev/hda5       26  282 1036192+ 83  Linux
 /dev/hda6      283  334 209632+  82  Linux swap
 /dev/hda7      335  520 749920+  83  Linux

Дело в том, что четырех разделов редко когда бывает достаточно. Куда же помещать дополнительные поля таблицы разбиения? Создатели IBM PC предложили универсальный способ: один из четырех основных разделов объявляется расширенным (extended partition); он, как правило, занимает все оставшееся пространство диска. Расширенный раздел разбивается на подразделы по тем же правилам, что и весь диск: в самом его начале заводится HDPT с четырьмя записями (соответствующие им разделы называются дополнительными (secondary partition), которые снова можно использовать, причем один из подразделов может быть, опять-таки, расширенным, со своими подразделами и т.д. ^{4Осторожнее с программой fdisk! Она предназначена для создания, изменения и удаления разделов диска .}

Чтобы не усложнять эту схему, при разметке диска соблюдают два правила: во-первых, расширенных разделов в таблице разбиения диска может быть не более одного, а во-вторых, таблица разбиения расширенного раздела может содержать либо одну запись - описание дополнительного раздела, либо две - описание дополнительного раздела и описание вложенного расширенного раздела. Соблюдение этого правила позволяет в Linux нумеровать разделы линейно: после четырех основных номер 5 получает дополнительный раздел в первом расширенном, 6 - раздел во втором расширенном, вложенным в первый, и т. п. Сами вложенные расширенные разделы при этом не нумеруются и никакому устройству в /dev/ не соответствуют. В действительности разбиение диска двухсистемной машины Мефодия выглядит как на рис.11.1.

Рис. 11.1. Разбиение диска двухсистемного компьютера

И разделы, и таблицы разбиения принято размещать с начала цилиндра (термин, имеющий отношение к внутреннему устройству жесткого диска), так что при заведении каждого расширенного раздела на этом компьютере тратилось впустую по четыре мегабайта (таков, по сведениям fdisk, размер цилиндра).

Той же тактикой - разбиением не диска, а раздела - пользуются, когда таблица разбиения нестандартна для IBM PC. Например, UNIX-подобные системы семейства BSD используют собственный универсальный формат разбиения (он старше, чем сама идея об IBM PC!), для чего подобной системе выделяется один раздел, и она творит с ним все, что заблагорассудится.

Область подкачки

Итак, Linux на компьютере из примера использует три раздела: hda5, hda6 и hda7. Тип раздела hda6, " Linux swap ", отличается от двух других - по словам Гуревича, "это вообще не файловая система ". Это - так называемая область подкачки (swap space), пространство на диске, используемое системой для организации виртуальной памяти . Оказывается, областям оперативной памяти, которые запрашивают процессы у ядра, не всегда соответствуют части физической оперативной памяти. Если процесс долгое время не использует заказанную оперативную память, ее содержимое записывается на диск, в область подкачки - тем самым освобождается место в физической памяти для других процессов. Когда же он "вспомнит" об этой области памяти, ядро подкачает ее с диска, разместит в оперативной памяти (возможно, откачав другие области), и только тогда позволит процессу продолжить работу.

Вполне может сложиться ситуация, когда несколько процессов заказали оперативной памяти больше, чем ее есть в действительности, и преспокойно работают, потому что не используют все заказанное пространство сразу, позволяя системе откачивать неиспользуемые области. К тому же многие процессы (особенно демоны) не работают постоянно, а ждут наступления определенного события, и чем дольше они ждут, тем дольше не используют оперативную память, и тем выше вероятность, что ядро откачает ее.

Следует отдавать себе отчет в том, что если эти процессы вдруг захотят работать одновременно и со всеми областями памяти, ядру придется туго. Большую часть времени система будет проводить, откачивая и подкачивая данные, потому что дисковые операции чтения и записи работают в тысячи раз медленнее, чем запись и чтение из оперативной памяти^{5Такая ситуация называется "дребезг" (trashing) и свидетельствует о том, что для текущих задач компьютеру требуется больше физической памяти.} . Чтобы хоть как-то облегчить ядру задачу, область подкачки размещают на отдельном разделе, обмен данными с которым работает быстрее, чем чтение и запись в файл, обслуживаемые файловой системой.