Виртуелни систем датотека у Линуку: зашто су потребни и како функционишу? Део 1

Здраво свима! Настављамо да покрећемо нове стримове за курсеве у које сте се већ заљубили и сада журимо да објавимо да почињемо нови сет курсева "Линук администратор"који ће бити покренут крајем априла. Нова публикација ће бити дата за овај догађај. Са оригиналним материјалом, можете прочитајте овде.

Виртуелни фајл системи служе као нека врста магичне апстракције која дозвољава филозофији Линукса да каже да је „све датотека“.

Шта је систем датотека? На основу речи једног од првих сарадника и аутора Линукса Роберта Лава, "Систем датотека је хијерархијско складиште података састављених према специфичној структури." Како год било, ова дефиниција је подједнако погодна за ВФАТ (Виртуал Филе Аллоцатион Табле), Гит и Касандра (НоСКЛ база података). Дакле, шта тачно дефинише такву ствар као "систем датотека"?

Основе система датотека

Линук кернел има одређене захтеве за ентитет који се може сматрати системом датотека. Мора имплементирати методе open(), read() и write() за трајне објекте који имају имена. Са објектно оријентисане тачке гледишта програмирање, кернел дефинише генерички систем датотека као апстрактни интерфејс, а ове три велике функције се сматрају „виртуелним“ и немају конкретну дефиницију. Сходно томе, подразумевана имплементација система датотека назива се виртуелни систем датотека (ВФС).

Ако можемо да отворимо, читамо и пишемо у ентитет, онда се тај ентитет сматра датотеком, као што можемо видети из примера у конзоли изнад.
Феномен ВФС само наглашава запажање налик на Уник да је „све датотека“. Замислите колико је чудно што овај мали /дев/цонсоле пример изнад показује како конзола заправо функционише. Слика приказује интерактивну Басх сесију. Слање стринга на конзолу (виртуелни конзолни уређај) приказује га на виртуелном екрану. ВФС има друга, још чуднија својства. На пример, омогућава вам да претражујете по од њега.

Познати системи као што су ект4, НФС и /проц имају три важне функције у Ц структури података која се зове филе_оператионс. Поред тога, одређени системи датотека проширују и редефинишу ВФС функционалност на познат објектно оријентисан начин. Како Роберт Лове истиче, ВФС апстракција омогућава корисницима Линука да ноншалантно копирају датотеке у или са оперативних система трећих страна или апстрактних ентитета попут цеви без бриге о њиховом интерном формату података. На корисничкој страни (кориснички простор), користећи системски позив, процес може копирати из датотеке у структуре података кернела користећи методу read() један систем датотека и затим користите метод write () други систем датотека за излаз података.

Дефиниције функција које припадају основним типовима ВФС налазе се у датотекама фс/*.ц изворни код кернела, док поддиректоријуми fs/ садрже одређене системе датотека. Језгро садржи и ентитете као нпр cgroups, /dev и tmpfs, који су потребни током процеса покретања и стога су дефинисани у поддиректоријуму кернела init/. Приметићете да cgroups, /dev и tmpfs не називајте функције „велике три”. file_operations, али директно читање и писање у меморију.
Дијаграм испод показује како кориснички простор приступа различитим типовима система датотека који се обично монтирају на Линук системима. Структуре нису приказане pipes, dmesg и POSIX clocks, који такође имплементирају структуру file_operations, којем се приступа преко ВФС слоја.

ВФС је „слој омотача“ између системских позива и имплементација одређених file_operationsКао такав ext4 и procfs. Функције file_operations може да комуницира или са управљачким програмима уређаја или са уређајима за приступ меморији. tmpfs, devtmpfs и cgroups немојте користити file_operations, али директно приступа меморији.
Постојање ВФС-а пружа могућност поновног коришћења кода, пошто основне методе повезане са системима датотека не морају поново да се имплементирају од стране сваког типа система датотека. Поновна употреба кода је уобичајена пракса међу софтверским инжењерима! Међутим, ако код за вишекратну употребу садржи озбиљне грешке, све имплементације које наслеђују уобичајене методе пате од њих.

/тмп: Једноставан савет

Једноставан начин да откријете да је ВФС присутан на систему је куцање mount | grep -v sd | grep -v :/, који ће показати све монтиране (mounted) систем датотека који нису резидентни на диску и који нису НФС, што је тачно на већини рачунара. Један од наведених носача (mounts) ВФС ће несумњиво /tmp, јел тако?

Сви знају то складиште / tmp на физичком медијуму - лудило! Извор.

Зашто је непожељно чувати /tmp на физичким медијима? Зато што су фајлови у /tmp су привремени и уређаји за складиштење су спорији од меморије у којој се креира тмпфс. Штавише, физички медији су подложнији хабању када се преписују него меморија. Коначно, датотеке у /тмп могу садржати осетљиве информације, тако да је нестанак при сваком поновном покретању кључна карактеристика.

Нажалост, неке скрипте за инсталацију Линук дистрибуције подразумевано креирају /тмп на уређају за складиштење. Не очајавајте ако се ово десило и вашем систему. Пратите неколико једноставних упутстава са Арцх Викида то поправите и будите свесни да је меморија додељена за tmpfs постаје недоступан за друге сврхе. Другим речима, систему са огромним тмпфс-ом и великим датотекама на њему може понестати меморије и може се срушити. Још један савет: док уређујете датотеку /etc/fstab, запамтите да се мора завршити новим редом, иначе се ваш систем неће покренути.

/проц и /сис

Поред /tmp, ВФС (виртуелни систем датотека) који су најпознатији корисницима Линука /proc и /sys. (/dev налази се у заједничкој меморији и нема file_operations). Зашто ове две компоненте? Хајде да погледамо ово питање.

procfs креира снимак језгра и процеса које надгледа userspace. У /proc кернел штампа информације о томе шта има на располагању, као што су прекиди, виртуелна меморија и планер. Осим тога, /proc/sys је место где су параметри конфигурисани командом sysctl, доступно за userspace. Статус и статистика појединачних процеса се приказују у именицима /proc/.

Овде /proc/meminfo је празна датотека која ипак садржи вредне информације.

Понашање /proc датотеке показује колико различити ВФС системи датотека диска могу бити. с једне стране, /proc/meminfo садрже информације које се могу видети помоћу команде free. С друге стране, празан је! Како то функционише? Ситуација подсећа на чувени чланак под насловом Да ли месец постоји када га нико не гледа? Реалност и квантна теорија"коју је написао професор физике Универзитета Корнел Дејвид Мермин 1985. Чињеница је да кернел прикупља статистику меморије када се упути захтев /proc, и заправо у фајловима /proc нема ничега кад нико не гледа. Као што је речено Мермин, "Фундаментална квантна доктрина каже да мерење генерално не открива већ постојећу вредност особине која се мери." (И размотрите питање о месецу као домаћи задатак!)
Привидна празнина procfs има смисла јер су информације тамо динамичне. Мало другачија ситуација са sysfs. Хајде да упоредимо у колико датотека има најмање један бајт /proc и /sys.

Procfs има једну датотеку, наиме извезену конфигурацију кернела, што је изузетак јер треба да се генерише само једном по покретању. С друге стране, у /sys постоји много већих датотека, од којих многе заузимају целу страницу меморије. Обично датотеке sysfs садрже тачно један број или ред, за разлику од табела информација добијених читањем датотека као нпр /proc/meminfo.

Циљ sysfs - обезбеди својства читања/писања онога што кернел позива «kobjects» у корисничком простору. Једини циљ kobjects је број веза: када се уклони последња веза до кобјецт-а, систем ће вратити ресурсе повезане са њим. ипак, /sys чини већину познатих „стабилан АБИ за кориснички простор“ језгро, које нико никада и ни под којим условима не може "пауза". То не значи да су датотеке у сисфс-у статичне, што не би било у складу са бројањем референци нестабилних објеката.
Стабилни АБИ кернела ограничава оно у чему се може појавити /sys, а не оно што је заправо присутно у том тренутку. Навођење дозвола за датотеке у сисфс-у пружа увид у то како се могу конфигурисати поставке за уређаје, модуле, системе датотека итд. може се конфигурисати или читати. Логичан закључак је да је процфс такође део стабилног АБИ кернела, иако то није експлицитно наведено у документација.

Фајлови у sysfs описују једно посебно својство за сваки ентитет и могу бити читљиве, уписљиве или обоје. „0“ у датотеци значи да се ССД не може уклонити.

Започнимо други део превода како да надгледамо ВФС користећи еБПФ и бцц алате, а сада чекамо ваше коментаре и традиционално вас позивамо да отворени вебинар, који ће одржати наша учитељица 9. априла - Владимир Дроздецки.

Извор: ввв.хабр.цом