लिनक्स में वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम: उनकी आवश्यकता क्यों है और वे कैसे काम करते हैं? भाग ---- पहला

नमस्ते! हम उन पाठ्यक्रमों के लिए नई स्ट्रीम लॉन्च करना जारी रखते हैं जिनसे आप पहले ही प्यार कर चुके हैं और अब हम यह घोषणा करने की जल्दी में हैं कि हम पाठ्यक्रमों का एक नया सेट शुरू कर रहे हैं। "लिनक्स प्रशासक"जो अप्रैल के अंत में लॉन्च होगा। इस आयोजन के लिए एक नया प्रकाशन दिनांकित किया जाएगा। मूल सामग्री के साथ, आप कर सकते हैं यहां पढ़ें.

वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम एक प्रकार के जादुई अमूर्त के रूप में कार्य करता है जो लिनक्स के दर्शन को यह कहने की अनुमति देता है कि "सब कुछ एक फ़ाइल है।"

फ़ाइल सिस्टम क्या है? लिनक्स के पहले योगदानकर्ताओं और लेखकों में से एक के शब्दों पर आधारित रोबर्टा लावा, "एक फाइल सिस्टम एक विशिष्ट संरचना के अनुसार इकट्ठे किए गए डेटा का एक पदानुक्रमित भंडारण है।" जैसा भी हो, यह परिभाषा VFAT (वर्चुअल फ़ाइल आवंटन तालिका), Git और के लिए समान रूप से अनुकूल है कैसांद्रा (नोएसक्यूएल डेटाबेस). तो वास्तव में "फ़ाइल सिस्टम" जैसी चीज़ को क्या परिभाषित करता है?

फ़ाइल सिस्टम मूल बातें

लिनक्स कर्नेल की एक इकाई के लिए कुछ आवश्यकताएँ होती हैं जिन्हें एक फ़ाइल सिस्टम माना जा सकता है। इसे तरीकों को लागू करना होगा open(), read() и write() लगातार वस्तुओं के लिए जिनके नाम हैं। वस्तु-उन्मुख दृष्टिकोण से प्रोग्रामिंग, कर्नेल एक सामान्य फ़ाइल सिस्टम को एक अमूर्त इंटरफ़ेस के रूप में परिभाषित करता है, और इन तीन बड़े कार्यों को "वर्चुअल" माना जाता है और इनकी कोई ठोस परिभाषा नहीं होती है। तदनुसार, डिफ़ॉल्ट फ़ाइल सिस्टम कार्यान्वयन को वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम (VFS) कहा जाता है।

यदि हम किसी इकाई को खोल, पढ़ और लिख सकते हैं, तो उस इकाई को एक फ़ाइल माना जाता है, जैसा कि हम ऊपर कंसोल में उदाहरण से देख सकते हैं।
वीएफएस घटना केवल यूनिक्स-जैसे अवलोकन को रेखांकित करती है कि "सब कुछ एक फ़ाइल है"। सोचें कि यह कितना अजीब है कि ऊपर दिया गया वह छोटा सा /dev/console उदाहरण दिखाता है कि कंसोल वास्तव में कैसे काम करता है। चित्र एक इंटरैक्टिव बैश सत्र दिखाता है। कंसोल (वर्चुअल कंसोल डिवाइस) पर एक स्ट्रिंग भेजना इसे वर्चुअल स्क्रीन पर प्रदर्शित करता है। वीएफएस के पास अन्य, यहां तक ​​कि अजनबी संपत्तियां भी हैं। उदाहरण के लिए, यह आपको खोज करने की अनुमति देता है RЅRoRј.

परिचित सिस्टम जैसे ext4, NFS, और /proc के C डेटा संरचना में तीन महत्वपूर्ण कार्य होते हैं जिन्हें कहा जाता है फ़ाइल_ऑपरेशंस. इसके अलावा, कुछ फ़ाइल सिस्टम परिचित ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड तरीके से वीएफएस कार्यक्षमता का विस्तार और पुनर्परिभाषित करते हैं। जैसा कि रॉबर्ट लव बताते हैं, वीएफएस एब्स्ट्रैक्शन लिनक्स उपयोगकर्ताओं को अपने आंतरिक डेटा प्रारूप के बारे में चिंता किए बिना तीसरे पक्ष के ऑपरेटिंग सिस्टम या पाइप जैसी अमूर्त इकाइयों से फाइलों को लापरवाही से कॉपी करने की अनुमति देता है। उपयोगकर्ता पक्ष (यूजरस्पेस) पर, सिस्टम कॉल का उपयोग करके, एक प्रक्रिया विधि का उपयोग करके फ़ाइल से कर्नेल डेटा संरचनाओं में कॉपी कर सकती है read() एक फ़ाइल सिस्टम और फिर विधि का उपयोग करें write () डेटा आउटपुट के लिए एक अन्य फ़ाइल सिस्टम।

आधार VFS प्रकारों से संबंधित फ़ंक्शन परिभाषाएँ फ़ाइलों में हैं एफएस/*.सी कर्नेल स्रोत कोड, जबकि उपनिर्देशिकाएँ fs/ कुछ फ़ाइल सिस्टम शामिल हैं। कोर में ऐसी संस्थाएँ भी शामिल हैं cgroups, /dev и tmpfs, जो बूट प्रक्रिया के दौरान आवश्यक हैं और इसलिए कर्नेल उपनिर्देशिका में परिभाषित हैं init/. नोटिस जो cgroups, /dev и tmpfs "बड़े तीन" फ़ंक्शंस को कॉल न करें file_operations, लेकिन सीधे स्मृति में पढ़ें और लिखें।
नीचे दिए गए चित्र से पता चलता है कि यूजरस्पेस आमतौर पर लिनक्स सिस्टम पर लगे विभिन्न प्रकार के फाइल सिस्टम तक कैसे पहुंचता है। संरचनाएं नहीं दिखाई गईं pipes, dmesg и POSIX clocks, जो संरचना को भी लागू करता है file_operations, VFS परत के माध्यम से पहुँचा जा सकता है।

वीएफएस सिस्टम कॉल और कुछ कार्यान्वयन के बीच एक "रैपर परत" है file_operations, जैसे कि ext4 и procfs. कार्य file_operations डिवाइस ड्राइवर या मेमोरी एक्सेस डिवाइस के साथ इंटरैक्ट कर सकता है। tmpfs, devtmpfs и cgroups उपयोग नहीं करो file_operations, लेकिन सीधे मेमोरी तक पहुंचें।
वीएफएस का अस्तित्व कोड को पुन: उपयोग करने का अवसर प्रदान करता है, क्योंकि फ़ाइल सिस्टम से जुड़े बुनियादी तरीकों को प्रत्येक प्रकार के फ़ाइल सिस्टम द्वारा पुन: कार्यान्वित करने की आवश्यकता नहीं होती है। सॉफ़्टवेयर इंजीनियरों के बीच कोड का पुन: उपयोग एक आम बात है! हालाँकि, यदि पुन: प्रयोज्य कोड में शामिल है गंभीर गलतियाँ, सभी कार्यान्वयन जो सामान्य तरीकों को प्राप्त करते हैं, उनसे प्रभावित होते हैं।

/tmp: सरल संकेत

यह पता लगाने का एक आसान तरीका है कि वीएफएस सिस्टम पर मौजूद है टाइप करना mount | grep -v sd | grep -v :/, जो सभी माउंटेड दिखाएगा (mounted) फ़ाइल सिस्टम जो डिस्क-निवासी और गैर-एनएफएस नहीं हैं, जो कि अधिकांश कंप्यूटरों पर सच है। सूचीबद्ध माउंट में से एक (mounts) वीएफएस निस्संदेह होगा /tmp, है न?

भण्डारण तो सभी जानते हैं / tmp भौतिक माध्यम पर - पागलपन! स्रोत.

भंडारण करना अवांछनीय क्यों है? /tmp भौतिक मीडिया पर? क्योंकि फ़ाइलें अंदर हैं /tmp अस्थायी होते हैं और स्टोरेज डिवाइस उस मेमोरी की तुलना में धीमे होते हैं जहां tmpfs बनाया जाता है। इसके अलावा, स्मृति की तुलना में अधिलेखित होने पर भौतिक मीडिया के खराब होने की संभावना अधिक होती है। अंत में, /tmp में फ़ाइलों में संवेदनशील जानकारी हो सकती है, इसलिए प्रत्येक रीबूट पर उन्हें गायब करना एक आवश्यक सुविधा है।

दुर्भाग्य से, कुछ लिनक्स वितरण इंस्टॉलेशन स्क्रिप्ट डिफ़ॉल्ट रूप से स्टोरेज डिवाइस पर /tmp बनाती हैं। अगर आपके सिस्टम के साथ भी ऐसा हुआ है तो निराश न हों। कुछ सरल निर्देशों का पालन करें आर्क विकीइसे ठीक करने के लिए, और इस बात से अवगत रहें कि इसके लिए आवंटित मेमोरी tmpfs अन्य प्रयोजनों के लिए अनुपलब्ध हो जाता है। दूसरे शब्दों में, विशाल tmpfs और उस पर बड़ी फ़ाइलों वाला सिस्टम मेमोरी से बाहर हो सकता है और क्रैश हो सकता है। एक और संकेत: किसी फ़ाइल को संपादित करते समय /etc/fstab, याद रखें कि यह एक नई लाइन के साथ समाप्त होना चाहिए, अन्यथा आपका सिस्टम बूट नहीं होगा।

/proc और /sys

के अतिरिक्त /tmp, वीएफएस (वर्चुअल फाइल सिस्टम) जो लिनक्स उपयोगकर्ताओं से सबसे अधिक परिचित हैं /proc и /sys। (/dev साझा स्मृति में रहता है और नहीं है file_operations). ये दो घटक क्यों? आइए इस मुद्दे पर गौर करें.

procfs कर्नेल और उसके द्वारा मॉनिटर की जाने वाली प्रक्रियाओं का एक स्नैपशॉट बनाता है userspace. में /proc कर्नेल उसके पास उपलब्ध चीज़ों के बारे में जानकारी प्रिंट करता है, जैसे इंटरप्ट, वर्चुअल मेमोरी और शेड्यूलर। अलावा, /proc/sys वह स्थान है जहां पैरामीटर कमांड के साथ कॉन्फ़िगर किए गए हैं sysctl, के लिए उपलब्ध है userspace. व्यक्तिगत प्रक्रियाओं की स्थिति और आँकड़े कैटलॉग में प्रदर्शित किए जाते हैं /proc/.

यहां /proc/meminfo एक खाली फ़ाइल है जिसमें फिर भी बहुमूल्य जानकारी है।

व्यवहार /proc फ़ाइलें दिखाती हैं कि VFS डिस्क फ़ाइल सिस्टम कितने भिन्न हो सकते हैं। एक तरफ, /proc/meminfo ऐसी जानकारी शामिल है जिसे कमांड के साथ देखा जा सकता है free. दूसरी ओर, यह खाली है! यह कैसे काम करता है? स्थिति शीर्षक वाले प्रसिद्ध लेख की याद दिलाती है क्या चंद्रमा तब अस्तित्व में है जब उसे कोई नहीं देख रहा हो? वास्तविकता और क्वांटम सिद्धांत"1985 में कॉर्नेल विश्वविद्यालय के भौतिकी प्रोफेसर डेविड मर्मिन द्वारा लिखित। तथ्य यह है कि जब अनुरोध किया जाता है तो कर्नेल मेमोरी आँकड़े एकत्र करता है /proc, और वास्तव में फाइलों में /proc जब कोई नहीं देख रहा हो तो कुछ भी नहीं है। जैसा कहा गया है मर्मिन, "मौलिक क्वांटम सिद्धांत कहता है कि माप आम तौर पर मापी जा रही संपत्ति के पहले से मौजूद मूल्य को प्रकट नहीं करता है।" (और चंद्रमा के बारे में प्रश्न को होमवर्क समझें!)
खालीपन नजर आ रहा है procfs यह समझ में आता है क्योंकि वहां की जानकारी गतिशील है। के साथ थोड़ी अलग स्थिति sysfs. आइए तुलना करें कि कम से कम एक बाइट आकार की कितनी फ़ाइलें हैं /proc और /sys.

Procfs एक फ़ाइल है, अर्थात् निर्यातित कर्नेल कॉन्फ़िगरेशन, जो एक अपवाद है क्योंकि इसे प्रति बूट केवल एक बार उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, में /sys कई बड़ी फ़ाइलें हैं, जिनमें से कई मेमोरी का पूरा पेज ले लेती हैं। आमतौर पर फ़ाइलें sysfs फ़ाइलों को पढ़ने से प्राप्त जानकारी की तालिकाओं के विपरीत, बिल्कुल एक संख्या या रेखा होती है /proc/meminfo.

लक्ष्य sysfs - कर्नेल जो कॉल करता है उसके पढ़ने/लिखने के गुण प्रदान करें «kobjects» उपयोक्ता स्थान में. एकमात्र लक्ष्य kobjects लिंक काउंटिंग है: जब किसी कोबजेक्ट का अंतिम लिंक हटा दिया जाता है, तो सिस्टम उससे जुड़े संसाधनों को पुनर्स्थापित कर देगा। फिर भी, /sys अधिकांश प्रसिद्ध बनाता है "उपयोगकर्ता स्थान के लिए स्थिर एबीआई" मूल, जो कोई भी कभी भी, किसी भी परिस्थिति में नहीं कर सकता "तोड़ना". इसका मतलब यह नहीं है कि sysfs में फ़ाइलें स्थिर हैं, जो अस्थिर वस्तुओं की संदर्भ गणना के साथ असंगत होंगी।
कर्नेल की स्थिर एबीआई जो दिखाई दे सकती है उसे सीमित करती है /sys, न कि उस विशेष क्षण में वास्तव में क्या मौजूद है। Sysfs में फ़ाइल अनुमतियों को सूचीबद्ध करने से यह जानकारी मिलती है कि डिवाइस, मॉड्यूल, फ़ाइल सिस्टम आदि के लिए कॉन्फ़िगर करने योग्य सेटिंग्स कैसे काम करती हैं। कॉन्फ़िगर या पढ़ा जा सकता है. तार्किक निष्कर्ष यह है कि procfs भी कर्नेल के स्थिर ABI का हिस्सा है, हालाँकि यह स्पष्ट रूप से नहीं बताया गया है प्रलेखन.

फ़ाइलें अंदर sysfs प्रत्येक इकाई के लिए एक विशेष संपत्ति का वर्णन करें और यह पढ़ने योग्य, लिखने योग्य या दोनों हो सकता है। फ़ाइल में "0" का अर्थ है कि SSD को हटाया नहीं जा सकता।

आइए अनुवाद का दूसरा भाग ईबीपीएफ और बीसीसी टूल का उपयोग करके वीएफएस की निगरानी कैसे करें के साथ शुरू करें, और अब हम आपकी टिप्पणियों की प्रतीक्षा कर रहे हैं और परंपरागत रूप से आपको आमंत्रित करते हैं वेबिनार खोलें, जो 9 अप्रैल को हमारे शिक्षक द्वारा आयोजित किया जाएगा - व्लादिमीर ड्रोज़डेट्स्की.

स्रोत: www.habr.com