ລະບົບໄຟລ໌ virtual ໃນ Linux: ເປັນຫຍັງພວກມັນຕ້ອງການແລະເຮັດວຽກແນວໃດ? ພາກທີ 1

ສະບາຍດີທຸກຄົນ! ພວກເຮົາສືບຕໍ່ເປີດສາຍໃໝ່ໃນຫຼັກສູດທີ່ທ່ານຮັກແລ້ວ, ແລະຕອນນີ້ພວກເຮົາກຳລັງຮີບຮ້ອນປະກາດວ່າພວກເຮົາກຳລັງເລີ່ມຫຼັກສູດໃໝ່. "ຜູ້ເບິ່ງແຍງລະບົບ Linux", ເຊິ່ງຈະເປີດຕົວໃນທ້າຍເດືອນເມສາ. ສິ່ງພິມໃໝ່ຈະຖືກອຸທິດໃຫ້ກັບເຫດການນີ້. ດ້ວຍວັດສະດຸຕົ້ນສະບັບທີ່ທ່ານສາມາດເຮັດໄດ້ ອ່ານທີ່ນີ້.

ລະບົບໄຟລ໌ virtual ເຮັດເປັນປະເພດຂອງ abstraction magical ທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ປັດຊະຍາຂອງ Linux ເວົ້າວ່າ "ທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງແມ່ນໄຟລ໌."

ລະບົບໄຟລ໌ແມ່ນຫຍັງ? ອີງຕາມຄໍາເວົ້າຂອງຜູ້ປະກອບສ່ວນແລະຜູ້ຂຽນ Linux ຕົ້ນ Robert ຮັກ, "ລະບົບໄຟລ໌ແມ່ນການເກັບຂໍ້ມູນແບບລຳດັບທີ່ປະກອບຕາມໂຄງສ້າງສະເພາະ." ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄໍານິຍາມນີ້ໃຊ້ໄດ້ດີເທົ່າທຽມກັນກັບ VFAT (ຕາຕະລາງການຈັດສັນໄຟລ໌ virtual), Git ແລະ Cassandra (ຖານຂໍ້ມູນ NoSQL). ດັ່ງນັ້ນສິ່ງທີ່ກໍານົດສິ່ງດັ່ງກ່າວເປັນ "ລະບົບໄຟລ໌"?

ພື້ນຖານລະບົບໄຟລ໌

Linux kernel ມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ແນ່ນອນສໍາລັບຫນ່ວຍງານທີ່ສາມາດຖືວ່າເປັນລະບົບໄຟລ໌. ມັນຕ້ອງປະຕິບັດວິທີການ open(), read() и write() ສໍາລັບວັດຖຸຄົງທີ່ທີ່ມີຊື່. ຈາກທັດສະນະວັດຖຸ ການຂຽນໂປແກຼມ, kernel ກໍານົດລະບົບໄຟລ໌ທົ່ວໄປເປັນການໂຕ້ຕອບທີ່ບໍ່ມີຕົວຕົນ, ແລະສາມຫນ້າທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ນີ້ຖືກຖືວ່າເປັນ "virtual" ແລະບໍ່ມີຄໍານິຍາມສະເພາະ. ດັ່ງນັ້ນ, ການປະຕິບັດລະບົບໄຟລ໌ໃນຕອນຕົ້ນແມ່ນເອີ້ນວ່າລະບົບໄຟລ໌ virtual (VFS).

ຖ້າພວກເຮົາສາມາດເປີດ, ອ່ານແລະຂຽນໄປຫາຫນ່ວຍງານໃດຫນຶ່ງ, ຫຼັງຈາກນັ້ນຫນ່ວຍງານນັ້ນຖືກພິຈາລະນາເປັນໄຟລ໌, ດັ່ງທີ່ພວກເຮົາສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຕົວຢ່າງໃນ console ຂ້າງເທິງ.
ປະກົດການ VFS ພຽງແຕ່ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງການສັງເກດການທົ່ວໄປຂອງລະບົບທີ່ຄ້າຍຄື Unix ວ່າ "ທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງເປັນໄຟລ໌." ຄິດວ່າມັນເປັນເລື່ອງແປກທີ່ຕົວຢ່າງເລັກນ້ອຍຂ້າງເທິງກັບ /dev/console ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ console ເຮັດວຽກແນວໃດ. ຮູບພາບສະແດງໃຫ້ເຫັນກອງປະຊຸມ Bash ແບບໂຕ້ຕອບ. ການສົ່ງສະຕຣິງໄປຫາຄອນໂຊນ (ອຸປະກອນຄອນໂຊນສະເໝືອນ) ສະແດງມັນຢູ່ໃນໜ້າຈໍສະເໝືອນ. VFS ມີຄຸນສົມບັດອື່ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າຄົນແປກຫນ້າ. ຕົວຢ່າງ, ມັນອະນຸຍາດໃຫ້ທ່ານຄົ້ນຫາໂດຍ ລາວ.

ລະບົບທີ່ພວກເຮົາຄຸ້ນເຄີຍກັບເຊັ່ນ ext4, NFS, ແລະ / proc ມີສາມຫນ້າທີ່ທີ່ສໍາຄັນໃນໂຄງສ້າງຂໍ້ມູນ C ທີ່ເອີ້ນວ່າ. file_operations. ນອກຈາກນັ້ນ, ບາງລະບົບໄຟລ໌ຂະຫຍາຍ ແລະລົບລ້າງການເຮັດວຽກຂອງ VFS ໃນລັກສະນະທີ່ຄຸ້ນເຄີຍກັບຈຸດປະສົງ. ດັ່ງທີ່ Robert Love ບັນທຶກໄວ້, ການບໍ່ມີຕົວຕົນຂອງ VFS ອະນຸຍາດໃຫ້ຜູ້ໃຊ້ Linux ສາມາດຄັດລອກໄຟລ໌ໄປຫາຫຼືຈາກລະບົບປະຕິບັດການພາກສ່ວນທີສາມຫຼືຫນ່ວຍງານທີ່ບໍ່ມີຕົວຕົນເຊັ່ນທໍ່ໂດຍບໍ່ຕ້ອງກັງວົນກ່ຽວກັບຮູບແບບຂໍ້ມູນພາຍໃນຂອງພວກເຂົາ. ໃນດ້ານຜູ້ໃຊ້ (ພື້ນທີ່ຜູ້ໃຊ້), ການນໍາໃຊ້ການໂທລະບົບ, ຂະບວນການສາມາດຄັດລອກຈາກໄຟລ໌ໄປຫາໂຄງສ້າງຂໍ້ມູນ kernel ໂດຍໃຊ້ວິທີການ. read() ລະບົບໄຟລ໌ຫນຶ່ງແລະຫຼັງຈາກນັ້ນນໍາໃຊ້ວິທີການ write () ລະບົບໄຟລ໌ອື່ນສໍາລັບຜົນຜະລິດຂໍ້ມູນ.

ຄໍານິຍາມຂອງຫນ້າທີ່ເປັນຂອງປະເພດ VFS ພື້ນຖານແມ່ນພົບເຫັນຢູ່ໃນໄຟລ໌ fs/*.c ລະຫັດແຫຼ່ງ kernel, ໃນຂະນະທີ່ໄດເລກະທໍລີຍ່ອຍ fs/ ມີລະບົບໄຟລ໌ສະເພາະ. ຫຼັກຍັງປະກອບດ້ວຍຫນ່ວຍງານເຊັ່ນ: cgroups, /dev и tmpfs, ເຊິ່ງຕ້ອງການໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ boot ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກກໍານົດໄວ້ໃນ subdirectory kernel init/. ກະລຸນາສັງເກດວ່າ cgroups, /dev и tmpfs ຢ່າໂທຫາຫນ້າທີ່ "ສາມໃຫຍ່". file_operations, ແຕ່ໂດຍກົງອ່ານແລະຂຽນໃສ່ຄວາມຊົງຈໍາ.
ແຜນວາດຂ້າງລຸ່ມນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າພື້ນທີ່ຜູ້ໃຊ້ເຂົ້າເຖິງປະເພດຕ່າງໆຂອງລະບົບໄຟລ໌ທີ່ຕິດຢູ່ທົ່ວໄປໃນລະບົບ Linux. ການກໍ່ສ້າງເຊັ່ນ: pipes, dmesg и POSIX clocks, ເຊິ່ງຍັງປະຕິບັດໂຄງສ້າງ file_operations, ເຂົ້າເຖິງໂດຍຜ່ານຊັ້ນ VFS.

VFS ແມ່ນ "ຊັ້ນ wrapper" ລະຫວ່າງການໂທລະບົບແລະການຈັດຕັ້ງປະຕິບັດບາງຢ່າງ file_operations, ເຊັ່ນ​ວ່າ ext4 и procfs. ຟັງຊັນ file_operations ສາມາດໂຕ້ຕອບກັບໄດເວີອຸປະກອນ ຫຼືອຸປະກອນເຂົ້າເຖິງໜ່ວຍຄວາມຈຳ. tmpfs, devtmpfs и cgroups ຢ່າໃຊ້ file_operations, ແຕ່ເຂົ້າເຖິງຄວາມຊົງຈໍາໂດຍກົງ.
ການມີຢູ່ຂອງ VFS ສະຫນອງຄວາມສາມາດໃນການໃຊ້ລະຫັດຄືນໃຫມ່, ເນື່ອງຈາກວ່າວິທີການຫຼັກທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບລະບົບໄຟລ໌ບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງຖືກປະຕິບັດຄືນໃຫມ່ໂດຍແຕ່ລະປະເພດລະບົບໄຟລ໌. ການໃຊ້ລະຫັດຄືນໃຫມ່ແມ່ນການປະຕິບັດທີ່ໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນບັນດາວິສະວະກອນຊອບແວ! ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຖ້າລະຫັດທີ່ໃຊ້ຄືນໄດ້ປະກອບດ້ວຍ ຄວາມຜິດພາດທີ່ຮ້າຍແຮງ, ການປະຕິບັດທັງຫມົດທີ່ສືບທອດວິທີການທົ່ວໄປທົນທຸກຈາກພວກເຂົາ.

/tmp: ຄໍາແນະນໍາງ່າຍໆ

ວິທີທີ່ງ່າຍດາຍທີ່ຈະກວດພົບວ່າ VFSs ມີຢູ່ໃນລະບົບແມ່ນເພື່ອເຂົ້າໄປ mount | grep -v sd | grep -v :/, ເຊິ່ງ​ຈະ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ທັງ​ຫມົດ mounted (mounted) ລະບົບໄຟລ໌ທີ່ບໍ່ຢູ່ໃນແຜ່ນແລະບໍ່ແມ່ນ NFS, ເຊິ່ງເປັນຄວາມຈິງໃນຄອມພິວເຕີສ່ວນໃຫຍ່. ຫນຶ່ງ​ໃນ​ບັນ​ຊີ​ລາຍ​ຊື່ mounts (mounts) VFS ແນ່ນອນວ່າຈະເປັນ /tmp, ສິດ?

ທຸກຄົນຮູ້ບ່ອນເກັບມ້ຽນນັ້ນ / tmp on ສື່ມວນຊົນທາງດ້ານຮ່າງກາຍ - ບ້າ! ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ.

ເປັນຫຍັງມັນຈຶ່ງບໍ່ແນະນໍາໃຫ້ເກັບຮັກສາ /tmp ກ່ຽວ​ກັບ​ສື່​ມວນ​ຊົນ​ທາງ​ດ້ານ​ຮ່າງ​ກາຍ​? ເນື່ອງຈາກວ່າໄຟລ໌ໃນ /tmp ແມ່ນຊົ່ວຄາວ ແລະອຸປະກອນການເກັບຮັກສາແມ່ນຊ້າກວ່າໜ່ວຍຄວາມຈຳທີ່ tmpfs ຖືກສ້າງຂຶ້ນ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ສື່ທາງກາຍະພາບແມ່ນມີຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ການສວມໃສ່ແລະການຈີກຂາດເມື່ອຂຽນທັບຫຼາຍກວ່າຄວາມຊົງຈໍາ. ສຸດທ້າຍ, ໄຟລ໌ໃນ /tmp ອາດຈະປະກອບດ້ວຍຂໍ້ມູນທີ່ລະອຽດອ່ອນ, ດັ່ງນັ້ນການເຮັດໃຫ້ພວກມັນຫາຍໄປໃນທຸກໆ reboot ເປັນລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນ.

ແຕ່ຫນ້າເສຍດາຍ, ບາງຕົວຕິດຕັ້ງການແຈກຢາຍ Linux ສ້າງ / tmp ໃນອຸປະກອນການເກັບຮັກສາໂດຍຄ່າເລີ່ມຕົ້ນ. ຢ່າ ໝົດ ຫວັງຖ້າສິ່ງນີ້ເກີດຂື້ນກັບລະບົບຂອງເຈົ້າຄືກັນ. ປະຕິບັດຕາມຄໍາແນະນໍາທີ່ງ່າຍດາຍຈໍານວນຫນ້ອຍກັບ Arch Wikiການ​ແກ້​ໄຂ​ນີ້​, ແລະ​ຈື່​ຈໍາ​ໄວ້​ວ່າ​ຫນ່ວຍ​ຄວາມ​ຈໍາ​ທີ່​ໄດ້​ຈັດ​ສັນ​ສໍາ​ລັບ​ການ​ tmpfs ກາຍເປັນບໍ່ສາມາດເຂົ້າເຖິງໄດ້ສໍາລັບຈຸດປະສົງອື່ນໆ. ໃນຄໍາສັບຕ່າງໆອື່ນໆ, ລະບົບທີ່ມີ tmpfs ຍັກໃຫຍ່ແລະໄຟລ໌ຂະຫນາດໃຫຍ່ຢູ່ໃນມັນສາມາດນໍາໃຊ້ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາທັງຫມົດແລະ crash. ຄຳໃບ້ອື່ນ: ໃນຂະນະທີ່ແກ້ໄຂໄຟລ໌ /etc/fstab, ຈົ່ງຈື່ໄວ້ວ່າມັນຕ້ອງສິ້ນສຸດດ້ວຍສາຍໃຫມ່, ຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນລະບົບຂອງທ່ານຈະບໍ່ boot.

/proc ແລະ /sys

ນອກຈາກ /tmpVFS (ລະບົບໄຟລ໌ virtual) ທີ່ຄຸ້ນເຄີຍກັບຜູ້ໃຊ້ Linux ຫຼາຍທີ່ສຸດ /proc и /sys. (/dev ຕັ້ງຢູ່ໃນຫນ່ວຍຄວາມຈໍາທີ່ໃຊ້ຮ່ວມກັນແລະບໍ່ມີ file_operations). ເປັນຫຍັງສອງອົງປະກອບນີ້? ຂໍໃຫ້ພິຈາລະນາບັນຫານີ້.

procfs ສ້າງພາບຫຍໍ້ຂອງສະຖານະຂອງ kernel ແລະຂະບວນການທີ່ມັນຄວບຄຸມສໍາລັບ userspace. ການ /proc kernel ສົ່ງອອກຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບສິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກທີ່ມັນມີ, ເຊັ່ນ: ຂັດຂວາງ, ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ virtual, ແລະຕົວກໍານົດເວລາ. ນອກຈາກນັ້ນ, /proc/sys - ນີ້ແມ່ນບ່ອນທີ່ຕົວກໍານົດການກໍາຫນົດຄ່າໂດຍໃຊ້ຄໍາສັ່ງ sysctl, ສາມາດໃຊ້ໄດ້ສໍາລັບ userspace. ສະຖານະພາບແລະສະຖິຕິຂອງຂະບວນການສ່ວນບຸກຄົນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນໄດເລກະທໍລີ /proc/.

ມັນເປັນ /proc/meminfo ເປັນໄຟລ໌ທີ່ເປົ່າຫວ່າງແຕ່ມີຂໍ້ມູນທີ່ມີຄຸນຄ່າ.

ພຶດຕິກໍາ /proc ໄຟລ໌ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າລະບົບໄຟລ໌ VFS disk ແຕກຕ່າງກັນແນວໃດ. ໃນດ້ານຫນຶ່ງ, /proc/meminfo ມີຂໍ້ມູນທີ່ສາມາດເບິ່ງໄດ້ດ້ວຍຄໍາສັ່ງ free. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ມັນຫວ່າງເປົ່າ! ນີ້ເກີດຂຶ້ນແນວໃດ? ສະຖານະການແມ່ນ reminiscent ຂອງບົດຄວາມທີ່ມີຊື່ສຽງທີ່ມີຫົວຂໍ້ “ດວງເດືອນມີຢູ່ບໍເມື່ອບໍ່ມີໃຜເບິ່ງມັນບໍ? ຄວາມເປັນຈິງແລະທິດສະດີ quantum", ຂຽນໂດຍສາດສະດາຈານ David Mermin ມະຫາວິທະຍາໄລ Cornell ໃນປີ 1985. ຄວາມຈິງແມ່ນວ່າ kernel ເກັບກໍາສະຖິຕິຄວາມຊົງຈໍາໃນເວລາທີ່ຮ້ອງຂໍໃຫ້ /proc, ແລະຕົວຈິງແລ້ວໃນໄຟລ໌ /proc ບໍ່ມີຫຍັງເມື່ອບໍ່ມີໃຜເບິ່ງຢູ່ທີ່ນັ້ນ. ດັ່ງທີ່ຂ້າພະເຈົ້າເວົ້າ ເມີມິນ, "ຄໍາສອນ quantum ພື້ນຖານກ່າວວ່າການວັດແທກໂດຍທົ່ວໄປບໍ່ໄດ້ເປີດເຜີຍມູນຄ່າທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຂອງຊັບສິນທີ່ຖືກວັດແທກ." (ແລະຄິດກ່ຽວກັບຄໍາຖາມກ່ຽວກັບດວງຈັນເປັນວຽກບ້ານ!)
ຄວາມຫວ່າງເປົ່າທີ່ປາກົດຂື້ນ procfs ເຮັດໃຫ້ຄວາມຮູ້ສຶກເພາະວ່າຂໍ້ມູນມີການເຄື່ອນໄຫວ. ສະຖານະການທີ່ແຕກຕ່າງກັນເລັກນ້ອຍກັບ sysfs. ໃຫ້ສົມທຽບວ່າມີຈັກໄຟລ໌ຢ່າງໜ້ອຍໜຶ່ງໄບຕ໌ /proc ແລະໃນ /sys.

Procfs ມີໄຟລ໌ຫນຶ່ງ, ຄືການຕັ້ງຄ່າ kernel ທີ່ຖືກສົ່ງອອກ, ເຊິ່ງເປັນຂໍ້ຍົກເວັ້ນເນື່ອງຈາກວ່າມັນພຽງແຕ່ຕ້ອງການສ້າງຫນຶ່ງຄັ້ງຕໍ່ການ boot. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ໃນ /sys ມີຫຼາຍໄຟລ໌ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ, ຫຼາຍໆໄຟລ໌ໃຊ້ເວລາເຖິງໜ້າຄວາມຈຳທັງໝົດ. ປົກກະຕິແລ້ວໄຟລ໌ sysfs ມີຕົວເລກ ຫຼືສະຕຣິງອັນແນ່ນອນ, ບໍ່ຄືກັບຕາຕະລາງຂໍ້ມູນທີ່ໄດ້ຮັບຈາກການອ່ານໄຟລ໌ເຊັ່ນ /proc/meminfo.

ເປົ້າຫມາຍ sysfs - ໃຫ້ຄຸນສົມບັດທີ່ສາມາດອ່ານໄດ້ ແລະຂຽນໄດ້ຂອງສິ່ງທີ່ kernel ເອີ້ນວ່າ «kobjects» ໃນພື້ນທີ່ຜູ້ໃຊ້. ເປົ້າຫມາຍດຽວ kobjects ແມ່ນການນັບການອ້າງອີງ: ເມື່ອການອ້າງອີງສຸດທ້າຍຂອງ kobject ຖືກລຶບ, ລະບົບຈະຟື້ນຟູຊັບພະຍາກອນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບມັນ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, /sys ເຮັດໃຫ້ເຖິງທີ່ສຸດຂອງທີ່ມີຊື່ສຽງ "ABI ສະຖຽນລະພາບສໍາລັບພື້ນທີ່ຜູ້ໃຊ້" ຫຼັກ, ເຊິ່ງບໍ່ມີໃຜສາມາດ, ພາຍໃຕ້ສະຖານະການໃດກໍ່ຕາມ, "ແຕກ". ນີ້ບໍ່ໄດ້ຫມາຍຄວາມວ່າໄຟລ໌ໃນ sysfs ແມ່ນຄົງທີ່, ເຊິ່ງຈະກົງກັນຂ້າມກັບການອ້າງອີງການນັບຂອງວັດຖຸທີ່ບໍ່ຫມັ້ນຄົງ.
ABI ຄົງທີ່ຂອງ kernel ຈໍາກັດສິ່ງທີ່ສາມາດປາກົດຢູ່ໃນ /sys, ແທນທີ່ຈະກ່ວາສິ່ງທີ່ມີຢູ່ໃນປັດຈຸບັນໂດຍສະເພາະ. ລາຍຊື່ການອະນຸຍາດໄຟລ໌ໃນ sysfs ສະຫນອງຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບວິທີການກໍານົດພາລາມິເຕີຂອງອຸປະກອນ, ໂມດູນ, ລະບົບໄຟລ໌, ແລະອື່ນໆ. ສາມາດຖືກຕັ້ງຄ່າຫຼືອ່ານ. ພວກເຮົາສະຫຼຸບຢ່າງມີເຫດຜົນວ່າ procfs ຍັງເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ ABI ທີ່ຫມັ້ນຄົງຂອງ kernel, ເຖິງແມ່ນວ່ານີ້ບໍ່ໄດ້ລະບຸຢ່າງຊັດເຈນໃນ. ເອກະສານ.

ໄຟລ໌ໃນ sysfs ອະ​ທິ​ບາຍ​ຊັບ​ສິນ​ສະ​ເພາະ​ໃດ​ຫນຶ່ງ​ສໍາ​ລັບ​ແຕ່​ລະ​ຫົວ​ຫນ່ວຍ​ແລະ​ສາ​ມາດ​ອ່ານ​ໄດ້​, ຂຽນ​ໄດ້​, ຫຼື​ທັງ​ສອງ​. A "0" ໃນໄຟລ໌ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ SSD ບໍ່ສາມາດເອົາອອກໄດ້.

ພວກເຮົາຈະເລີ່ມຕົ້ນພາກທີສອງຂອງການແປພາສາດ້ວຍວິທີການຕິດຕາມ VFS ໂດຍໃຊ້ eBPF ແລະ bcc tools, ແລະຕອນນີ້ພວກເຮົາລໍຖ້າຄໍາຄິດເຫັນຂອງເຈົ້າ ແລະເຊີນເຈົ້າມາຕາມປະເພນີ. ເປີດ webinar, ເຊິ່ງຈະດໍາເນີນການໂດຍຄູອາຈານຂອງພວກເຮົາໃນວັນທີ 9 ເມສາ - Vladimir Drozdetsky.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: www.habr.com