Работа с внешними устройствами

Поддерживаемые Linux файловые системы

Если бы на компьютере из примера использовался способ монтирования лазерного диска 1 или 2, то в поле " тип " fstab было бы написано iso9660. Так называется тип файловой системы, обычно используемой на лазерных дисках. Что же касается жестких дисков, то на них может использоваться несколько типов файловых систем, даже на одном Linux-компьютере.

Основная файловая система в Linux называется "Ext2". Имя происходит от слова "extended" (расширенная) и появилось после того, как самая первая версия файловой системы ранних Linux, повторяющая возможности одного из вариантов файловой системы UNIX, окончательно устарела. Пришлось переписать соответствующую часть ядра, расширив уже имеющиеся возможности. Так появилась "ExtFS". Когда и она устарела, возможности снова расширили, и к названию добавилось число "2". Повсеместно используемая в дистрибутивах Linux файловая система "Ext3" - "трижды расширенная" - отличается от Ext2 поддержкой журнализации.

Журналируемая файловая система ведет постоянный учет всех операций записи на диск. Получающийся журнал обращений сам, в свою очередь, записывается на диск. Разница между записью журнала и записью самих данных в том, что данные следует записывать в строго определенное место, а журнал устроен так, чтобы записываться как можно быстрее. Выгода от такой двухступенчатой процедуры особенно остро ощущается после сбоя электропитания: все операции, записи, которые еще не успели завершиться, записаны в журнале, так что стоит после включения компьютера "проиграть" их еще раз, и файловая система войдет в норму! Если часть данных уже была записана на диск, повторная (по требованию журнала ) запись тех же самых данных на то же самое место ничем повредить не может. Наконец, если операция записи не попала даже в журнал (что бывает редко), то файловая система все равно останется в рабочем состоянии, каким оно было до начала этой операции.

Журналирование поддерживается и другими файловыми системами, используемыми в Linux - XFS и ReiserFS. ReiserFS вообще похожа скорее на базу данных: внутри нее используется собственная система индексации и быстрого поиска данных, а индексные дескрипторы и каталоги в стиле Linux выполнены в виде одной из возможных надстроек над этой системой. Традиционно считается, что ReiserFS отлично подходит для хранения огромного числа маленьких файлов (что было одной из целей проекта), а XFS - для хранения очень больших файлов, в которых постоянно что-нибудь дописывается или изменяется.

В Linux поддерживается, кроме собственных, немало форматов файловых систем, используемых другими ОС. Если способ записи на эти файловые системы известен и не слишком замысловат, то работает и запись, и чтение, в противном случае - только чтение (чего нередко бывает достаточно). Полностью поддерживаются файловые системы FAT12/FAT16/FAT32 (тип vfat ), используемые в MS-DOS и Windows, ранние версии UFS, используемые в системах семейства BSD. Новые версии UFS (например, UFS2 из FreeBSD5, обладающая свойствами, которые не входят в стандарт Linux) поддерживаются только на чтение, как и созданная на основе DEC VMS, но впоследствии многократно переработанная файловая система NTFS из Windows.

Для того чтобы смонтировать файловую систему, имеющую заданный тип, команде mount необходимо указать его с помощью ключа " -t ":

[root@localhost root]# fdisk -l
 . . .
  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
[root@localhost root]# mount -t vfat /dev/hda1 /mnt/disk
[root@localhost root]# ls /mnt/disk
 autoexec.bat   config.sys    fdconfig.sys    freedos.bss
 command.com    fdconfig.old  fdos            kernel.sys

Виртуальные и сетевые файловые системы

В /etc/fstab Мефодий сразу заметил две строки, начинающиеся не с имени устройства, а с названия виртуальной файловой системы, содержимое которой доступно в соответствующей точке монтирования. Виртуальная файловая система обычно не обращается ни к какому внешнему устройству, а "придумывает" все дерево каталогов и находящиеся в них файлы сама. Такова, например, файловая система в памяти (ROMFS, или аналогичная ей TMPFS, поддерживающая операции записи), используемая в стартовом виртуальном диске. Как правило, виртуальные файловые системы используются для того, чтобы предоставить доступ по чтению/записи к некоторой иерархической структуре данных.

Во многих версиях UNIX программа ps работает непосредственно с устройством /dev/kmem (памятью ядра ), чтобы добыть оттуда информацию о таблицах процессов; это сложная и даже опасная программа, имеющая доступ к святая святых системы. В Linux ps может быть переписана чуть ли не на shell, потому что таблица процессов и масса другой информации о системе доступны в виде дерева подкаталогов /proc:

[root@localhost root]# ls -F /proc
 1/     585/  793/  882/     es1371        irq/     modules     stat
 1041/  598/  794/  acpi/    execdomains   kcore    mounts@     swaps
 16/    6/    795/  bus/     fb            kmsg     mtrr        sys/
 2/     681/  796/  cmdline  filesystems   ksyms    net/        sysrq-trigger
 3/     697/  797/  cpufreq  fs/           loadavg  partitions  sysvipc/
 4/     7/    798/  cpuinfo  ide/          locks    pci         tty/
 492/   725/  8/    devices  interrupts    mdstat   scsi/       uptime
 5/     751/  840/  dma      iomem         meminfo  self@       version
 572/   784/  844/  driver/  ioports       misc     slabinfo
[root@localhost root]# ls -l /proc/1
 total 0
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 cmdline
 lrwxrwxrwx  1 root proc 0 Dec 4 16:15 cwd -> /
 -r--------  1 root proc 0 Dec 4 16:15 environ
 lrwxrwxrwx  1 root proc 0 Dec 4 16:15 exe -> /sbin/init
 dr-x------  2 root proc 0 Dec 4 16:15 fd
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 maps
 -rw-------  1 root proc 0 Dec 4 16:15 mem
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 mounts
 lrwxrwxrwx  1 root proc 0 Dec 4 16:15 root -> /
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 stat
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 statm
 -r--r--r--  1 root proc 0 Dec 4 16:15 status
[root@localhost root]# cat /proc/1/environ ; echo HOME=/TERM=linux

В частности, подкаталоги /proc с числовыми именами содержат информацию о процессах с соответствующими PID. Файл exe такого подкаталога - символьная ссылка на запущенную программу, файл cmdline содержит командную строку, а environ - окружение процесса. Мефодий углубился в чтение man proc, руководства по PROCFS, и, как всегда, убедился, что для полного понимания всего, что есть в /proc, ему пока не хватает знаний.

Файловая система devpts - шаг навстречу динамическому именованию устройств. Она предназначена для эмуляторов терминала, таких как sshd, xterm или screen. Задача эмулятора терминала - предоставить пользователю полноценный интерфейс командной строки (с запуском командного интерпретатора, с распознаванием и передачей сигналов и т.п.) в отсутствие терминального оборудования - по сети или из графической подсистемы, или при необходимости сымитировать несколько терминалов. Раньше для этого использовались пары устройств /dev/pty## - /dev/tty##, где ## - двухсимвольный идентификатор. Программа- эмулятор начинала обмениваться данными (от пользователя или из сети) с первым свободным устройством (скажем, ptya2, которое, в свою очередь, было привязано к соответствующему терминальному устройству ( ttya2 )). Именно с этим устройством и взаимодействовал командный интерпретатор и прочие процессы Linux, находясь в полной уверенности, что это полноценный терминал.

Выходило, что пар tty## - pty## при статическом именовании устройств могло не хватить, даже если создать их очень много (достаточно запустить еще больше эмуляторов терминала ). Поэтому придумали завести одно устройство типа pty - /dev/ptmx и виртуальную файловую систему /dev/pts для терминальных файл-дырок. Каждая программа, открывающая ptmx, получает свой дескриптор ), а в pts/ заводится очередное терминальное устройство, имя которого совпадает с порядковым номером. Когда дескриптор закрывается, терминальное устройство исчезает.

Среди файловых систем есть и такие, что не выдумывают содержимое сами, а обращаются за ним еще куда-нибудь, например, в сеть. Так работают удаленные файловые системы, например, NFS ( n etwork f ile s ystem), стандартная для всех UNIX-подобных ОС. Вместо поля "устройство" обычно указывается сетевой адрес компьютера-сервера и имя ресурса (название каталога), который необходимо смонтировать по сети. Поддерживается и работа с удаленными файловыми системами Windows, причем как на уровне модулей ядра, с помощью mount -t smbfs, так и без монтирования, с помощью утилиты smbclient. Linux и сама может служить сервером, предоставляющим удаленный доступ к файлам, причем служба samba, занимающаяся файловыми системами для Windows под управлением Linux, работает зачастую быстрее, чем Windows, запущенный на том же компьютере для тех же целей.

Возможности файловых систем этим не исчерпываются. Например, можно смонтировать образ устройства из файла, если вызвать команду mount с ключом -o loop. Образ устройства - это файл, содержимое которого в точности повторяет содержимое устройства; его можно, например, получить с помощью команды cat устройство образ . Именно образами устройств манипулируют программы записи на лазерные носители. Смонтировать образ бывает нужно для проверки или изменения содержимого перед записью, или для хранения содержимого нескольких дисков в исходном виде:

[root@localhost root]# ls -l floppy.flp
 -rw-r--r-- 1 root root 1474560 Dec 4 16:53 floppy.flp
[root@localhost root]# mount -t vfat -o loop floppy.flp /mnt/disk/
[root@localhost root]# ls /mnt/disk/
 command.com kernel.sys
[root@localhost root]# mount | grep disk
 /root/floppy.flp on /mnt/disk type vfat (rw,loop=/dev/loop0)

Как заметил Мефодий, mount создает для такого способа монтирования специальное устройство - /dev/loop0, и уже с его помощью работает с файлом.

Обширное поле для экспериментов - так называемая пользовательская файловая система ( l inux u serland f ile s ystem, LUFS ). Это модуль ядра и набор библиотек, позволяющий организовать файловую систему, обращающуюся за информацией к обычному процессу Linux. Так организованы разнообразные сетевые "эмуляторы" файловых систем с использованием протокола FTP или Secure Shell. Так работает и доступ на запись к файловой системе NTFS: некоторая программа обращается к устройству, содержащему файловую систему, задействует драйвер NTFS, взятый из лицензионной копии самой Windows (это можно сделать с помощью библиотек wine, подсистемы, распознающей исполняемые форматы Windows), и обменивается данными с модулем LUFS, который и предоставляет обычный файловый доступ процессам.

Проверка файловой системы

Если доступная на запись файловая система не была размонтирована перед выключением компьютера, после включения она окажется в нештатном состоянии, независимо от того, испортилось на ней что-либо или нет. Проверкой цельности файловой системы занимается утилита fsck ( f ile s ystem c hec k ). На самом деле таких утилит несколько - по одной для каждого из основных типов файловых систем (есть fsck даже для VFAT). Как уже говорилось в лекции 10, fsck запускается при старте Linux, если файловая система находится в нештатном состоянии, или для профилактики, если файловую систему просто давно не проверяли.

В самом лучшем случае fsck не находит ничего подозрительного, и система продолжает загрузку. Чаще всего, даже если в файловой системе не все в порядке, ее журнал не испорчен, и fsck "проигрывает" его, после чего все опять приходит в норму. Запустить fsck можно и вручную, в виде fsck устройство или fsck точка_монтирования, однако прежде следует размонтировать файловую систему:

[root@localhost root]# fsck -fy /home
 fsck 1.35 (28-Feb-2004)
 /dev/hda7 is mounted.

 WARNING!!! Running e2fsck on a mounted filesystem may cause
 SEVERE filesystem damage.

 Do you really want to continue (y/n)? no
check aborted.
[root@localhost root]# umount /home
[root@localhost root]# fsck /home
 fsck 1.35 (28-Feb-2004)
 e2fsck 1.35 (28-Feb-2004)
 /dev/hda7: clean, 168/93888 files, 7269/187480 blocks
[root@localhost root]# fsck -f /home
 fsck 1.35 (28-Feb-2004)
 Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
 Pass 2: Checking directory structure
 Pass 3: Checking directory connectivity
 Pass 4: Checking reference counts
 Pass 5: Checking group summary information
 /dev/hda7: 168/93888 files (0.6% non-contiguous), 7269/187480 blocks

Со второго раза fsck ^{7Мефодий заметил, что для файловой системы Ext3 запустилась специализированная версия e2fsck, подходящая также и для Ext2.} работать тоже отказалась, ссылаясь на то, что файловая система и так находится в штатном состоянии (ее аккуратно размонтировали). Пришлось применить ключ " -f " ( f orce), который заставляет fsck работать - конечно же, никаких ошибок найдено не было. Сама процедура проверки довольно сложна - она состоит из пяти этапов, каждый из которых отнюдь не тривиален и в этой лекции не описывается. Кстати сказать, для того чтобы проверить корневую файловую систему, ее приходится сначала монтировать только на чтение, находить там /sbin/fsck, проверять и только после этого монтировать на чтение-запись. Если корневая файловая система испорчена настолько, что /sbin/fsck в ней найти невозможно, остается пробовать загрузку с других носителей (например, с установочного CD) и разбираться.

Если какая-то порча файловой системы все-таки обнаружилась, fsck может поступить двояко. Во-первых, все ошибки, которые не приводят к изменению данных на диске, можно попробовать исправить автоматически. Например, индексные дескрипторы, на которые не ссылается ни одно имя (так называемые потерянные файлы, unref files), помещаются в специальный каталог /lost+found под именами, соответствующими номерам этих индексных дескрипторов. Впоследствии администратор может посмотреть в эти файлы и решить, нужны они или нет. Во-вторых, когда fsck встречается с ошибкой, исправление которой приведет к изменению данных на диске, загрузка Linux останавливается, и система переходит в однопользовательский режим. Предполагается, что администратор сам запустит fsck: либо интерактивно (тогда каждому изменению в файловой системе будет требоваться подтверждение с клавиатуры), либо пакетно, с ключом " -y " (тогда считается, что на все запросы администратор заранее ответил "yes").

Когда-то такие запуски fsck -y производили катастрофические разрушения по вине неумелых администраторов, а нынче Мефодий, как ни нажимал "Reset" на многострадальной двухсистемной машине, не смог добиться ничего, кроме двух-трех мгновенных воспроизведений журнала и жестокого нагоняя от Гуревича.