Linux의 가상 파일 시스템: 왜 필요하고 어떻게 작동합니까? 1 부

모두 안녕! 우리는 당신이 이미 사랑에 빠진 과정에 대한 새로운 스트림을 계속 출시하고 있으며 이제 우리는 새로운 과정 세트를 시작한다는 것을 서둘러 발표합니다. "리눅스 관리자"XNUMX월 말에 출시될 예정입니다. 이 이벤트에 대한 새로운 간행물 날짜가 지정됩니다. 원본 자료를 사용하여 다음을 수행할 수 있습니다. 여기를 읽으십시오.

가상 파일 시스템은 "모든 것이 파일"이라는 Linux의 철학을 허용하는 일종의 마법 같은 추상화 역할을 합니다.

파일 시스템이란 무엇입니까? Linux의 첫 번째 기여자이자 저자 중 한 사람의 말을 기반으로 함 로베르타 용암, "파일 시스템은 특정 구조에 따라 조합된 데이터의 계층적 저장소입니다." 이 정의는 VFAT(가상 파일 할당 테이블), Git 및 카산드 라 (NoSQL 데이터베이스). 그렇다면 "파일 시스템"과 같은 것을 정확히 정의하는 것은 무엇입니까?

파일 시스템 기초

Linux 커널에는 파일 시스템으로 간주될 수 있는 엔터티에 대한 특정 요구 사항이 있습니다. 메서드를 구현해야 합니다. open(), read() и write() 이름이 있는 영구 개체의 경우. 객체지향적 관점에서 프로그래밍, 커널은 일반 파일 시스템을 추상 인터페이스로 정의하며 이 세 가지 큰 기능은 "가상"으로 간주되며 구체적인 정의가 없습니다. 따라서 기본 파일 시스템 구현을 VFS(가상 파일 시스템)라고 합니다.

엔터티를 열고 읽고 쓸 수 있는 경우 위 콘솔의 예에서 볼 수 있듯이 해당 엔터티는 파일로 간주됩니다.
VFS 현상은 "모든 것이 파일"이라는 Unix와 같은 관찰을 강조할 뿐입니다. 위의 작은 /dev/console 예제가 콘솔이 실제로 어떻게 작동하는지 보여주는 것이 얼마나 이상한지 생각해 보십시오. 그림은 대화식 Bash 세션을 보여줍니다. 문자열을 콘솔(가상 콘솔 장치)로 보내면 가상 화면에 표시됩니다. VFS에는 다른 낯선 속성이 있습니다. 예를 들어 다음으로 검색할 수 있습니다. 그 사람에 의해.

ext4, NFS 및 /proc과 같은 친숙한 시스템에는 C 데이터 구조에 다음과 같은 세 가지 중요한 기능이 있습니다. 파일 작업. 또한 특정 파일 시스템은 친숙한 객체 지향 방식으로 VFS 기능을 확장하고 재정의합니다. Robert Love가 지적한 것처럼 VFS 추상화를 통해 Linux 사용자는 내부 데이터 형식에 대한 걱정 없이 제XNUMX자 운영 체제 또는 파이프와 같은 추상 엔터티 간에 무심코 파일을 복사할 수 있습니다. 사용자 측(사용자 공간)에서 시스템 호출을 사용하여 프로세스는 다음 방법을 사용하여 파일에서 커널 데이터 구조로 복사할 수 있습니다. read() 하나의 파일 시스템을 선택한 다음 방법을 사용하십시오. write () 데이터 출력을 위한 다른 파일 시스템.

기본 VFS 유형에 속하는 함수 정의는 파일에 있습니다. fs/*.c 커널 소스 코드, 하위 디렉토리 fs/ 특정 파일 시스템을 포함합니다. 코어에는 다음과 같은 엔터티도 포함됩니다. cgroups, /dev и tmpfs, 부팅 프로세스 중에 필요하므로 커널 하위 디렉토리에 정의됩니다. init/. 그것을주의해라 cgroups, /dev и tmpfs "빅 XNUMX" 함수를 호출하지 마십시오. file_operations, 그러나 메모리에 직접 읽고 씁니다.
아래 다이어그램은 사용자 공간이 Linux 시스템에 일반적으로 마운트되는 다양한 유형의 파일 시스템에 액세스하는 방법을 보여줍니다. 표시되지 않은 구조 pipes, dmesg и POSIX clocks, 또한 구조를 구현 file_operations, VFS 계층을 통해 액세스합니다.

VFS는 시스템 호출과 특정 구현 사이의 "래퍼 계층"입니다. file_operations와 같은 ext4 и procfs. 기능 file_operations 장치 드라이버 또는 메모리 액세스 장치와 상호 작용할 수 있습니다. tmpfs, devtmpfs и cgroups 사용하지 마세요 file_operations, 하지만 메모리에 직접 액세스합니다.
VFS의 존재는 파일 시스템과 관련된 기본 메서드를 각 파일 시스템 유형에서 다시 구현할 필요가 없기 때문에 코드를 재사용할 수 있는 기회를 제공합니다. 코드 재사용은 소프트웨어 엔지니어 사이에서 일반적인 관행입니다! 그러나 재사용 가능한 코드에 다음이 포함된 경우 심각한 실수, 공통 메서드를 상속하는 모든 구현은 이러한 문제를 겪습니다.

/tmp: 간단한 힌트

시스템에 VFS가 있는지 감지하는 쉬운 방법은 다음을 입력하는 것입니다. mount | grep -v sd | grep -v :/, 마운트된 모든 항목(mounted) 디스크에 상주하지 않고 NFS가 아닌 파일 시스템(대부분의 컴퓨터에 해당). 나열된 마운트 중 하나(mounts) VFS는 의심할 여지 없이 /tmp그렇지?

누구나 알고 있는 스토리지 / tmp 물리적 매체에서 - 광기! 출처.

저장하는 것이 바람직하지 않은 이유 /tmp 물리적 매체에서? 파일이 들어 있기 때문에 /tmp 임시이며 저장 장치는 tmpfs가 생성되는 메모리보다 느립니다. 또한 물리적 미디어는 메모리보다 덮어쓸 때 마모되기 쉽습니다. 마지막으로 /tmp의 파일에는 민감한 정보가 포함될 수 있으므로 재부팅할 때마다 파일을 사라지게 하는 것이 필수 기능입니다.

안타깝게도 일부 Linux 배포판 설치 스크립트는 기본적으로 저장 장치에 /tmp를 생성합니다. 시스템에도 이런 일이 발생하더라도 절망하지 마십시오. 몇 가지 간단한 지침을 따르십시오. 아치 위키이 문제를 해결하기 위해 할당된 메모리가 tmpfs 다른 목적으로는 사용할 수 없게 됩니다. 즉, 거대한 tmpfs와 대용량 파일이 있는 시스템은 메모리 부족 및 충돌이 발생할 수 있습니다. 또 다른 힌트: 파일을 편집하는 동안 /etc/fstab, 새 줄로 끝나야 한다는 점을 기억하십시오. 그렇지 않으면 시스템이 부팅되지 않습니다.

/proc 및 /sys

게다가 /tmp, Linux 사용자에게 가장 친숙한 VFS(가상 파일 시스템)는 /proc и /sys. (/dev 공유 메모리에 상주하며 file_operations). 왜 이 두 가지 구성 요소입니까? 이 문제를 살펴보겠습니다.

procfs 커널과 커널이 모니터링하는 프로세스의 스냅샷을 생성합니다. userspace. 에 /proc 커널은 인터럽트, 가상 메모리 및 스케줄러와 같이 사용 가능한 항목에 대한 정보를 인쇄합니다. 게다가, /proc/sys 명령으로 구성된 매개변수가 있는 위치입니다. sysctl, 사용 가능 userspace. 개별 프로세스의 상태 및 통계는 디렉토리에 표시됩니다. /proc/.

여기에 /proc/meminfo 그럼에도 불구하고 중요한 정보가 포함된 빈 파일입니다.

행동 /proc files는 VFS 디스크 파일 시스템이 얼마나 다를 수 있는지 보여줍니다. 한쪽에는 /proc/meminfo 명령으로 볼 수 있는 정보 포함 free. 반면에 비어 있습니다! 어떻게 작동합니까? 상황은 유명한 기사를 연상시킵니다. 아무도 보지 않을 때 달이 존재합니까? 현실과 양자 이론"1985년 코넬 대학교 물리학 교수 David Mermin이 작성했습니다. 사실은 요청이 있을 때 커널이 메모리 통계를 수집한다는 것입니다. /proc, 그리고 실제로 파일 /proc 아무도 보지 않을 때 아무것도 없습니다. 말했듯이 머민, "기본적인 양자 교리는 측정이 일반적으로 측정되는 속성의 기존 값을 나타내지 않는다고 말합니다." (그리고 달에 대한 질문은 숙제로 생각하세요!)
공허해 보이는 procfs 정보가 역동적이기 때문에 의미가 있습니다. 와 약간 다른 상황 sysfs. 크기가 최소 XNUMX바이트인 파일이 몇 개 있는지 비교해 봅시다. /proc 과 /sys.

Procfs 에는 하나의 파일, 즉 내보낸 커널 구성이 있습니다. 이는 부팅당 한 번만 생성하면 되므로 예외입니다. 한편, /sys 더 큰 파일이 많이 있으며 그 중 많은 파일이 전체 메모리 페이지를 차지합니다. 보통 파일 sysfs 다음과 같은 파일 읽기에서 얻은 정보 테이블과 달리 정확히 하나의 숫자 또는 라인을 포함합니다. /proc/meminfo.

골 sysfs - 커널이 호출하는 읽기/쓰기 속성 제공 «kobjects» 사용자 공간에서. 유일한 목표 kobjects 링크 카운팅: kobject에 대한 마지막 링크가 제거되면 시스템은 이와 관련된 리소스를 복원합니다. 그럼에도 불구하고, /sys 대부분의 유명한 "사용자 공간을 위한 안정적인 ABI" 어떤 상황에서도 누구도 할 수 없는 핵심 "부서지다". 이것은 sysfs의 파일이 정적이라는 것을 의미하지 않으며 불안정한 개체의 참조 카운트와 일치하지 않습니다.
커널의 안정적인 ABI는 다음에 나타날 수 있는 것을 제한합니다. /sys, 특정 순간에 실제로 존재하는 것이 아닙니다. sysfs에서 파일 권한을 나열하면 장치, 모듈, 파일 시스템 등에 대해 구성 가능한 설정이 어떻게 구성되는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 구성하거나 읽을 수 있습니다. 논리적 결론은 procfs도 커널의 안정적인 ABI의 일부라는 것입니다. 선적 서류 비치.

에 있는 파일 sysfs 각 엔터티에 대한 하나의 특정 속성을 설명하고 읽을 수 있거나 쓸 수 있거나 둘 다 가능합니다. 파일의 "0"은 SSD를 제거할 수 없음을 의미합니다.

eBPF 및 bcc 도구를 사용하여 VFS를 모니터링하는 방법으로 번역의 두 번째 부분을 시작하겠습니다. 이제 귀하의 의견을 기다리고 있으며 전통적으로 귀하를 초대합니다. 오픈 웨비나, 9월 XNUMX일에 우리 선생님이 개최합니다 - 블라디미르 드로즈데츠키.

출처 : habr.com