Виртуелни фајл системи у LinuxЗашто су потребни и како функционишу? Део 2

Здраво свима, делимо са вама други део публикације „Виртуелни фајл системи у LinuxЗашто су потребни и како функционишу? Први део се може прочитати овде. Подсетимо, ова серија публикација је темпирана да се поклопи са покретањем новог тока на курсу „Администратор Linux», који почиње врло брзо.

Како пратити ВФС користећи еБПФ и бцц алате

Најлакши начин да разумете како кернел ради на датотекама sysfs је да то видите у пракси, а најлакши начин да гледате АРМ64 је да користите еБПФ. еБПФ (скраћено од Беркелеи Пацкет Филтер) се састоји од виртуелне машине која ради језгро, које привилеговани корисници могу да захтевају (query) из командне линије. Извори кернела говоре читаоцу шта кернел може да уради; покретање еБПФ алата на учитаном систему показује шта кернел заправо ради.

Срећом, почетак коришћења еБПФ-а је прилично једноставан уз помоћ алата бцц, који су доступни као пакети из опште дистрибуције Linux и детаљно документована Бернард Грегг. Алати bcc су Питхон скрипте са малим уметањима Ц кода, што значи да свако ко познаје оба језика може лако да их измени. ИН bcc/tools Постоји 80 Питхон скрипти, што значи да ће највероватније програмер или администратор система моћи да изабере нешто погодно за решавање проблема.
Да бисте добили барем површну представу о томе шта ВФС-ови раде на систему који ради, покушајте vfscount или vfsstat. Ово ће показати, рецимо, десетине позива vfs_open() а „његови пријатељи“ се дешавају буквално сваке секунде.

vfsstat.py је Питхон скрипта са уметцима Ц кода која једноставно броји позиве ВФС функција.

Хајде да дамо један тривијални пример и да видимо шта се дешава када убацимо УСБ флеш диск у рачунар и систем га детектује.

Користећи еБПФ можете видети шта се дешава /sysкада је УСБ флеш диск уметнут. Овде је приказан једноставан и сложен пример.

У примеру приказаном изнад, bcc алатка траце.пи штампа поруку када се наредба покрене sysfs_create_files(). То видимо sysfs_create_files() је покренут коришћењем kworker стреам као одговор на чињеницу да је флеш диск уметнут, али која датотека је креирана? Други пример показује моћ еБПФ-а. Ево trace.py Штампа повратни траг кернела (опција -К) и име датотеке која је креирана sysfs_create_files(). Уметање једне изјаве је Ц код који укључује лако препознатљив стринг формата који обезбеђује Питхон скрипта која покреће ЛЛВМ компајлер тачно на време. Он компајлира ову линију и извршава је у виртуелној машини унутар кернела. Потпис пуне функције sysfs_create_files () мора се репродуковати у другој команди тако да стринг формата може да упућује на један од параметара. Грешке у овом делу Ц кода доводе до препознатљивих грешака Ц компајлера. На пример, ако је параметар -л изостављен, видећете „Компилација БПФ текста није успела“. Програмери који су упознати са Ц и Питхон-ом ће пронаћи алате bcc лако проширити и променити.

Када је УСБ диск уметнут, праћење језгра ће показати да је ПИД 7711 нит kworkerкоји је креирао датотеку «events» в sysfs. Сходно томе, позив из sysfs_remove_files() ће показати да је уклањање диск јединице резултирало брисањем датотеке events, што одговара општем концепту бројања референци. Истовремено, гледање sysfs_create_link () са еБПФ-ом док убацујете УСБ диск ће показати да је креирано најмање 48 симболичких веза.

Дакле, која је сврха датотеке догађаја? Употреба цсцопе За претрагу __девице_адд_диск(), показује шта узрокује disk_add_events (), и било "media_change"Или "eject_request" може се снимити у датотеку догађаја. Овде слој блока кернела обавештава кориснички простор да се "диск" појавио и избачен. Обратите пажњу на то колико је овај метод истраживања информативан уметањем УСБ диска, у поређењу са покушајем да схватите како ствари функционишу искључиво из извора.

Роот системи датотека само за читање омогућавају уграђене уређаје

Наравно, нико не искључује сервер или свој рачунар извлачењем утикача из утичнице. Али зашто? То је зато што монтирани системи датотека на физичким уређајима за складиштење могу имати заостајање уписивања, а структуре података које бележе њихово стање можда неће бити синхронизоване са уписима у складиште. Када се то догоди, власници система морају да сачекају до следећег покретања да би покренули услужни програм. fsck filesystem-recovery и, у најгорем случају, губитак података.

Међутим, сви знамо да многи IoT уређаји, као и рутери, термостати и аутомобили, сада раде на LinuxМноги од ових уређаја практично немају кориснички интерфејс и не постоји начин да се лако искључе. Замислите да покренете аутомобил са празном батеријом када се прекине напајање контролног уређаја. Linux непрестано скачући горе-доле. Како то да се систем покреће без дугог fsckкада мотор коначно почиње да ради? А одговор је једноставан. Уграђени уређаји се ослањају на основни систем датотека само за читање (скраћено ro-rootfs (основни фајл систем само за читање)).

ro-rootfs нуде многе предности које су мање очигледне од аутентичности. Једна од предности је што злонамерни софтвер не може да пише /usr или /lib, ако нема процеса Linux Не могу да пишем на њега. Друга предност је да је углавном непроменљиви фајл систем кључан за теренску подршку удаљених уређаја, јер особље за подршку користи локалне системе који су номинално идентични системима на лицу места. Можда најважнија (али и најподмуклије) предност је то што ro-rootfs приморава програмере да одлуче који ће системски објекти бити непроменљиви рано у дизајну система. Рад са ro-rootfs може бити незгодан и болан, као што је често случај са константним променљивим у програмским језицима, али његове предности лако надмашују додатне трошкове.

стварање rootfs Функционалност само за читање захтева додатни напор за програмере уграђених система, и ту до изражаја долази VFS. Linux захтева да датотеке у /var били су уписиви, а поред тога, многе популарне апликације које покрећу уграђене системе ће покушати да креирају конфигурацију dot-files в $HOME. Једно решење за конфигурационе датотеке у матичном директоријуму је обично да их унапред генеришете и уградите у њих rootfs. До /var Један од могућих приступа је да се монтира на посебну партицију на коју се може писати, док / монтиран само за читање. Још једна популарна алтернатива је употреба носача за везивање или преклапање.

Носачи који се могу повезати и слагати, њихова употреба у контејнерима

Извршење команде man mount је најбољи начин да научите о повезивим и преклапајућим монтирањима, који програмерима и системским администраторима дају могућност да креирају систем датотека на једној путањи, а затим га изложе апликацијама на другој. За уграђене системе, то значи могућност складиштења датотека /var на флеш диску само за читање, али преклапајућа или повезива путања за монтирање из tmpfs в /var приликом учитавања, омогућиће апликацијама да тамо пишу белешке (шкрабање). Следећи пут када укључите промене у /var ће бити изгубљени. Преклопни носач ствара спој између tmpfs и основни систем датотека и омогућава вам да направите привидне промене у постојећим датотекама у ro-tootf док монтирање које се може везати може учинити нове празним tmpfs фасцикле видљиве као у које се може писати ro-rootfs начине. Док overlayfs ово је оно право (proper) тип система датотека, монтирање које се може везати је имплементирано у ВФС именски простор.

На основу описа преклапања и повезивог носача, нико се томе не чуди Linux Контејнери они се активно користе. Да видимо шта се дешава када користимо системд-нспавн да покренете контејнер помоћу алата mountsnoop из bcc.

Изазов system-nspawn покреће контејнер док ради mountsnoop.py.

Да видимо шта се десило:

Покретање mountsnoop док се контејнер "подиже" показује да време извођења контејнера у великој мери зависи од повезивања (приказује се само почетак дугог излаза).

Овде systemd-nspawn пружа изабране датотеке у procfs и sysfs хост до контејнера као путање до њега rootfs. Осим тога MS_BIND заставицу која поставља везујуће монтирање, неке друге заставице на монтирању дефинишу однос између промена у именским просторима хоста и контејнера. На пример, повезано монтирање може или прескочити промене на /proc и /sys у контејнер или их сакријте у зависности од позива.

Закључак

Разумевање унутрашње структуре Linux може изгледати као немогућ задатак, јер само језгро садржи огромну количину кода, остављајући по страни апликације корисничког простора Linux и интерфејсе системских позива у C библиотекама као што су glibc. Један од начина да се постигне напредак је читање изворног кода једног подсистема језгра, са нагласком на разумевању системских позива и заглавља корисничког простора, као и главних интерних интерфејса кернела, као што је табела file_operations. Операције са датотекама пружају принцип „све је датотека“, што их чини посебно пријатним за управљање. Изворне датотеке Ц кернела у директоријуму највишег нивоа fs/ представљају имплементацију виртуелних фајл система, који су омотачки слој који пружа широку и релативно једноставну компатибилност између популарних фајл система и уређаја за складиштење. Монтирање са повезивањем и преклапањем путем именског простора Linux — је магија VFS-а која омогућава креирање контејнера и коренских фајл система само за читање. У комбинацији са проучавањем изворног кода, eBPF алата за језгро и његовог интерфејса bcc
чинећи истраживање језгра лакшим него икад.

Пријатељи, јавите ми да ли вам је овај чланак био од помоћи. Можда имате неке коментаре или сугестије? А за оне који су заинтересовани за курс „Администратор“, Linux„, позивамо вас да Отворен дан, који ће се одржати 18. априла.

Први део.

Извор: ввв.хабр.цом