Глава 15. Доступ к файловым системам Linux

Задачи

После завершения этого раздела вы сможете найти каталог в иерархии файловой системы и определить, на каком устройстве он хранится.

Концепции управления хранилищами

Файлы на сервере Linux доступны через иерархию файловой системы ― единое инвертированное дерево каталогов. Эта иерархия состоит из файловых систем, предоставляемых запоминающими устройствами в вашей системе. Каждая файловая система — это запоминающее устройство, отформатированное для хранения файлов.

В иерархии файловой системы Linux набор файловых систем, находящихся на отдельных запоминающих устройствах, можно представить в виде одного набора файлов на одном гигантском запоминающем устройстве, по которому вы можете перемещаться. В большинстве случаев вам не нужно знать, на каком запоминающем устройстве находится конкретный файл, достаточно знать каталог.

Однако в некоторых случаях такая информация необходима. Например, может потребоваться определить, насколько заполнено запоминающее устройство и какие каталоги файловой системы затронуты. Если в log-файлах есть записи об ошибках на запоминающих устройствах, может потребоваться узнать, какие файловые системы подвержены риску. А при создании жесткой ссылки между двумя файлами необходимо знать, находятся они в одной файловой системе или нет.

Файловые системы и точки монтирования

Чтобы сделать содержимое файловой системы доступным в иерархии файловой системы, необходимо смонтировать ее в пустой каталог. Такой каталог называется точкой монтирования. Если после монтирования вы выполните команду ls для отображения содержимого каталога, то увидите содержимое смонтированной файловой системы и сможете обращаться к этим файлам и использовать их обычным образом. Многие файловые системы монтируются автоматически в ходе начальной загрузки системы.

Эта концепция принципиально отличается от букв дисков в Microsoft Windows. Отчасти она похожа на функцию монтируемых папок NTFS.

Файловые системы, запоминающие и блочные устройства

Низкоуровневый доступ к запоминающим устройствам в Linux обеспечивается специальным типом файла, который называется блочным устройством. Эти блочные устройства необходимо отформатировать под определенную файловую систему, прежде чем их можно будет смонтировать.

Файлы блочных устройств хранятся в каталоге /dev вместе с другими файлами устройств. Файлы устройств автоматически создаются операционной системой. В Red Hat Enterprise Linux первый обнаруженный жесткий диск SATA/PATA, SAS, SCSI или USB называется /dev/sda, второй — /dev/sdb и т. д. Эти имена представляют целый жесткий диск.

Другие типы хранилищ именуются другим образом.

Разделы дисков

Как правило, вы не занимаете все запоминающее устройство одной файловой системой. Запоминающие устройства обычно разбиваются на меньшие блоки данных, которые называются разделами.

Разделы позволяют поделить диск на части: разные разделы можно отформатировать под разные файловые системы и использовать для разных целей. Например, один раздел может содержать домашние каталоги пользователей, а другой — системные данные и log-файлы. Если пользователь полностью заполнит раздел домашних каталогов данными, в системном разделе все равно может остаться свободное место.

Разделы сами по себе являются блочными устройствами. На запоминающем устройстве, подключенном к SATA, первый раздел на первом диске — /dev/sda1. Третий раздел на втором диске — /dev/sdb3 и т. д. У паравиртуализированных запоминающих устройств аналогичная система именования.

На SSD-устройствах, подключенных по NVMe, разделы называются по-другому. Первый раздел на первом диске — /dev/nvme0p1. Третий раздел на втором диске — /dev/nvme1p3 и т. д. У карт SD и MMC похожая система именования.

Длинный формат отображения файла устройства /dev/sda1 на хосте host показывает его особый тип файла как b, что означает блочное устройство.

[user@host ~]$ ls -l /dev/sda1
brw-rw----. 1 root disk 8, 1 Feb 22 08:00 /dev/sda1

Логические тома

Еще один способ упорядочения дисков и разделов — с помощью системы управления логическими томами (LVM). LVM дает возможность агрегировать одно или несколько блочных устройств в единый пул хранения данных, который называется группой томов. Дисковое пространство в группе томов затем распределяется по одному или нескольким логическим томам, которые являются функциональным эквивалентом раздела на физическом диске.

Система LVM присваивает имена группам томов и логическим томам при создании. LVM создает каталог в /dev, который соответствует имени группы, а затем создает символьную ссылку в этом новом каталоге с тем же именем, что и у логического тома. Этот файл логического тома будет доступен для монтирования. Например, если группа томов называется myvg, а логический том в ней называется mylv, тогда полным путем к файлу устройства логического тома будет /dev/myvg/mylv.

Получение сведений о файловых системах

Чтобы получить общие сведения об устройствах локальных и удаленных файловых систем и объемах свободного пространства, выполните команду df. Если команда df выполняется без аргументов, она отображает общий объем места на диске, объем занятого и свободного дискового пространства, а также процент занятого дискового пространства во всех смонтированных обычных файловых системах. Отображаются сведения как для локальных, так и для удаленных файловых систем.

В следующем примере показаны файловые системы и точки монтирования в системе host.

[user@host ~]$ df
Filesystem     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
devtmpfs          912584       0    912584   0% /dev
tmpfs             936516       0    936516   0% /dev/shm
tmpfs             936516   16812    919704   2% /run
tmpfs             936516       0    936516   0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda3        8377344 1411332   6966012  17% /
/dev/vda1        1038336  169896    868440  17% /boot
tmpfs             187300       0    187300   0% /run/user/1000

Схема разделов на host показывает две физические файловые системы, которые смонтированы в / и /boot. Это обычная ситуация для виртуальных машин. Устройства tmpfs и devtmpfs — это файловые системы в системной памяти. Все файлы, записываемые в tmpfs и devtmpfs, исчезают после перезагрузки системы.

Для повышения читаемости размеров в выводе предлагаются две опции, понятные для пользователя: -h и -H. Разница между этими двумя опциями в том, что -h отображает результаты в КиБ (2¹⁰), МиБ (2²⁰) и ГиБ (2³⁰), а опция -H отображает результаты в единицах СИ: КБ (10³), МБ (10⁶), ГБ (10⁹) и т. д. Производители жестких дисков обычно используют единицы СИ при продвижении своей продукции.

Отобразите отчет о файловых системах на host с преобразованием всех единиц в формат, понятный для пользователя.

[user@host ~]$ df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs        892M     0  892M   0% /dev
tmpfs           915M     0  915M   0% /dev/shm
tmpfs           915M   17M  899M   2% /run
tmpfs           915M     0  915M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/vda3       8.0G  1.4G  6.7G  17% /
/dev/vda1      1014M  166M  849M  17% /boot
tmpfs           183M     0  183M   0% /run/user/1000

Чтобы получить более подробные сведения об использовании дискового пространства определенным деревом каталогов, используйте команду du. У команды du есть опции -h и -H для преобразования вывода в формат, понятный для пользователя. Команда du рекурсивно отображает размер всех файлов в текущем дереве каталогов.

Отобразите отчет об использовании диска для каталога /usr/share на host.

[root@host ~]# du /usr/share
...output omitted...
176 /usr/share/smartmontools
184 /usr/share/nano
8 /usr/share/cmake/bash-completion
8 /usr/share/cmake
356676  /usr/share

Отобразите отчет об использовании диска для каталога /usr/share на host в формате, понятном для пользователя.

[root@host ~]# du -h /var/log
...output omitted...
176K  /usr/share/smartmontools
184K  /usr/share/nano
8.0K  /usr/share/cmake/bash-completion
8.0K  /usr/share/cmake
369M  /usr/share