Структура и типы файловых систем в Linux

Главная
Блог
Структура и типы файловых систем в Linux

30 Марта 2022

File System, она же файловая система, FS, ФС – один из ключевых компонентов всех операционных систем. В ее обязанности входит структуризация, чтение, хранение, запись файловой документации. Она напрямую влияет на физическое и логическое строение данных, особенности их формирования, управления, допустимый объем файла, количество символов в его названии и пр. Сейчас остановимся более подробно на том, что представляет собой файловая система ОС Linux, как она организована, каких видов и типов бывает.

Знакомимся с ФС ОС Линукс

файлы в линукс статья В ядре ОС Линукс предусмотрен огромный набор заблаговременно установленных File Systems. Их задача – помогать пользователю в решении той или иной поставленной задачи. Для определенного раздела можно выбирать свою систему, ориентируясь на предстоящие потребности: обеспечение быстродействия, гарантированное восстановление информации, повышенная производительность. Речь идет как о стандартных, так и о специализированные либо же виртуальных файловых системах.

В ОС Линукс еще на этапе установки пользователю предоставляется на выбор большое количество FS, вморнтированных в ее ядро. Пользователь самостоятельно выбирает вариант, который будет соответствовать его запросам и проблемам, требующим решения в рабочем процессе. Обратите внимание: подобное актуально только для операционной системы Linux и Windows NT (с файловой системой новой технологии NTFS). Для обычного Windows не предусмотрено возможности выбора вида File System. Отличными здесь будут и строение каталога, и иерархия самих FS.

ОС Линукс также предоставляет возможность разбивки жесткого диска персонального компьютера на отдельные разделы. Пользователи могут определить их границы по так называемым таблицам разделов – GPT, MBR. Здесь указывается метка и номер директории, адрес его реального размещения: точки старта и финиша.

Особенности организации ФС операционной системы Linux

ОС Линукс предоставляет возможность устанавливать в каждый отдельный блок свою файловую систему, которая и будет обеспечивать порядок поступающих и хранящихся данных, поможет с их организацией. Каждая ФС работает на наборе правил. Исходя из этого и определяется в каком месте и каким образом будет выполняться хранение информации. Эти правила лежат в основе иерархии системы, то есть всего корневого каталога. Выше предусмотрен технический блок, отвечающий за организацию хранения данных на определенном типе носителя. Но он уже будет подчиняться правилам файловой системы.

От того, насколько правильно человек выберет тип файловой системы для каждого раздела зависит ряд параметров:

скорость обработки данных;
сбережение файлов;
оперативность записи;
допустимый размер блока;
возможность хранения информации в оперативной памяти;
способы корректировки пользователями ядра и пр.

Обмен информацией может осуществляться двумя способами:

Через VFS – виртуальную файловую систему. Здесь обеспечивается слаженное взаимодействие ядра ОС и аппаратного обеспечения, которое используется системой. Останавливая выбор на виртуальной ФС, пользователь сможет работать, не вникая в нюансы любого из видов файловой системы.
Через драйверы ФС. Это узлы, обеспечивающие стабильную взаимосвязь между аппаратным и программным обеспечением ОС.

Подводя промежуточный итог, выделим, что файловая система всякой ОС, включая Linux – это некая архитектура хранения информации, размещенной на жестком диске и на оперативной памяти. С ее помощью пользователь получает доступ к структуре ядра системы. Он же отвечает за размещение файлов во всех разделах, поддерживая актуальную для него структуру, формирует правила для ее генерации, управляет блоками, исходя из особенностей определенного типа File System.

Но все же FS Linux имеет и свои отличительные особенности. Так, здесь все пространство раздела разбито на узлы разного размера, исходя из кратности сектора: 1024, 2048, 4096, 8120 байт. Эти параметры известны пользователю уже изначально, то есть на момент установки операционной системы. Ограничения здесь идут по размеру файловой системы и требований, установленных в каждой директории.

Основные разновидности ФС Линукс

Все файловые системы Linux, которые применяются сегодня можно разделить на 2 отдельные категории:

Журналируемые. Сохраняет историю манипуляций пользователя и позволяет ее посмотреть, выполнить диагностику системы в отдельном специальном файле. Отличается повышенной стойкостью к сбоям в функционировании, сохранностью целостности данных.
Не журналируемые. Здесь не предусмотрено сбережение логов, нет гарантий сохранности информации. Но зато в работе такие ФМ более быстрые.

При установке на ПК данной операционной системы, пользователь сможет остановить выбор на следующих разновидностях Linux:

Ext (extended) FS. Это расширенная файловая система, одна из первых. Была запущена в работу еще в 1992 году. В основе ее функциональности лежала ФС UNIX. Основная задача состояла в выходе за рамки конфигурации классической файловой системы MINIX, исключить ее ограничения и повысить эффективность администрирования. Сегодня она применяется крайне редко.
Ext2. Вторая, более расширенная вервия ФС, паявшаяся на рынке в 1993 году. По своей структуре продукт аналогичный Ext. Изменения коснулись интерфейса, конфигурации. Увеличился объем памяти, производительность. Максимально допустимый объем файлов для хранения (указывается в настройках) – 2 ТБ. Ввиду невысокой перспективности применяется на практике редко.
Ext3. Третье поколение Extended FS, введенное в использование в 2001 году. Уже относится к журналируемой. Позволяет хранить логи – изменения, обновления файлов данных записываются в отдельный журнал еще до того, как эти действия будут завершены. После перезагрузки ПК, такая ФС позволит восстановить файлы благодаря внедрению в систему специального алгоритма.
Ext4. Четвертое поколение Extended FS, запущенное в 2006 году. Здесь максимально убраны всевозможные ограничения, присутствующие в предыдущих версиях. Сегодня именно она по умолчанию входит в состав большей части дистрибутивов Линукс. Передовой ее нельзя назвать, но стабильность и надежность работы здесь в приоритете. В Unix системах применяется повсеместно.

Все эти типы имеют различные наборы команд, что и определяет их узкопрофильный функционал. Узнать вид NFS, использующейся на вашем компьютере можно через команду file -s.

Альтернативные файловые системы

openZFS Наряду с основными, предусмотрены и альтернативные типы File System:

JFS. Журналируемая система, первый аналог продуктам из основной группы, разработанная специалистами IBM под AIX UNIX. Отличается постоянством и незначительными требованиями к работе. Может использоваться на многопроцессорных ПК. Но в ее журнале сохраняются ссылки лишь на метаданные. Поэтому если произойдет сбой, автоматически подтянутся устаревшие версии данных.
ReiserFS. Создана Гансом Райзером исключительно под Линукс и названа в его честь. По своей структуре – это продукт, похожий на Ext3, но с более расширенными возможностями. Пользователи могут соединять небольшие файлы в более масштабные блоки, исключая фрагментацию, повышая эффективность функционирования. Но в случае непредвиденного отключения электроэнергии есть вероятность потерять данные, которые будут группироваться в этот момент.
XFS. Еще один представитель группы журналируемых файловых систем. Отличительная особенность: в логи программа будет записывать только изменения в метаданных. Из преимуществ выделяют быстроту работы с объемной информацией, способность выделять место для хранения в отложенном режиме. Позволяет увеличивать размеры разделов, а вот уменьшать, удалять часть – нельзя. Здесь также есть риск потери данных при отключении электроэнергии.
Btrfs. Отличается повышенной стойкостью к отказам и высокой производительностью. Удобная в работе, позволяет легко восстанавливать информацию, делать скриншоты. Размеры разделов можно менять в рабочем процессе. По умолчанию входит в OpenSUSE и SUSE Linux. Но обратная совместимость в ней нарушена, что усложняет поддержку.
F2FS. Разработка Самсунг. Уже входит в ядро Линукс. Предназначена для взаимодействия с хранилищем данных флеш-памяти. Имеет особую структуру: носитель разбивается на отдельные части, которые в свою очередь дополнительно еще делятся.
OpenZFS. Это ответ на вопрос какую файловую систему выбрать для Ubuntu – она автоматически включена в поддержку ОС уже более 6 лет назад. Отличается высоким уровнем защиты от повреждения информации, автоматическим восстановлением, поддержкой больших объемов данных.

Виртуальные ФС

В ядре требуются далеко не все ФС. Есть варианты, которые можно осуществить непосредственно в пользовательской среде. Сюда относят сетевые файловые системы и системы для шифрования:

EncFS. Шифрует данные и пересохраняет их в этом формате в указанную пользователем директорию. Надо примонтировать ФС чтобы обеспечить доступ в расшифрованной информации.
Aufs. С ее помощью отдельные File Systems можно группировать в один раздел.
NFS. Позволит через сеть примонтировать ФС удаленного устройства.

Специальные File Systems

Файловые системы из этой категории:

Tmpfs. Предусмотрена возможность размещения пользовательских файлов непосредственно в оперативной памяти ПК. Предполагает создание блочного узла определенного размера с последующим подключением к папке. При необходимости данные можно будет удалять.
Procfs. По умолчанию размещена в папке proc. Буде содержать полный набор данных относительно процессов, запущенных в системе и непосредственно в ядре в режиме реального времени.
Sysfs. Такая ФС позволит пользователю задавать и отменять параметры ядра во время выполнения задачи.

Возможные типы файлов Линукс

файлы Существуют следующие типы файлов Linux:

Regular File, они же обычные. Предназначены для хранения двоичной и символьной информации. Это жесткая ссылка, ведущая на фактическую информацию, размещенную в каталоге. Если этой ссылке присвоить уникальное имя, получаем Named Pipe, то есть именованный канал.
Device File – файлы для устройств, туннелей. Речь идет о физических устройствах, представленными в Линукс файлами. Могут классифицировать специальные символы и блоки. Обеспечивают мгновенный доступ к дисководам, принтерам, модемам, воспринимая их как файл данных.
Soft Link, а именно мягкая (символьная) ссылка. Отвечает за мгновенный доступ к файлам, размещенным на любых носителях информации. В процессе копирования, перемещения и прочего действия пользователя. Предполагающего указание ссылки, будет выполняться операция над документом, на который ссылаются.
Каталоги. Обеспечивают быстрый и удобный доступ к каталогам. Представляет собой файл с директориями и указателями на них. Это некого рода картотека: в папках размещаются файлы, а в директориях – дополнительные каталоги.
Блочные и символьные устройства. Выделяют интерфейс, необходимый для взаимодействия приложений с аппаратной составляющей.
Каналы и сокеты. Отвечают за взаимодействие внутренних процессов в операционной системе.

Если в процессе настройки файловой системы Linux возникнут сложности, если потребуется профессиональная помощь, обращайтесь к специалистам компании «Xelent». Мы работаем со всеми распространенными дистрибутивами данной ОС, будь то Red Hat, Debian, Arch Linux, OpenSUSE, Ubuntu, Gentoo, Manjaro, Cloud Linux и пр., подберем оптимальные решения под предстоящие рабочие задачи. Консультации можно получить по телефону или через онлайн-сервисы связи.