Souborové systémy

Obsah 1 Souborový systém 2 Cluster 3 Žurnálování 4 Další vlastnosti FS 5 Typy souborových systémů 6 Příklady (diskových) FS: 6.1 NTFS 6.2 FAT/FAT32/exFAT 6.3 ext2/ext3/ext4 6.4 btrfs 6.5 HFS+ 6.6 swap 6.7 proc 7 Související pojmy 7.1 LVM 7.2 RAID 8 Související stránky

Souborový systém

Na disk ukládáme

• data souborů
• metadata
  • pomocné informace, pomocí kterých data vyhledáváme
  • vlastník souboru, název souboru, velikost, práva,...

Souborový systém

Cluster

• Základní součást datové oblasti logického disku.
• Nejmenší počet sektorů, které mohou tvořit soubor.
• Vliv velikosti clusteru na výkon FS
• Velikost nastavujeme při formátování.
• Pro celý souborový systém musí být jednotná velikost.

Žurnálování

• Způsob práce s diskem, kdy využívám speciální datovou strukturu (žurnál), abych zabránil poškození souborového systému při havárii počítače.

Princip

• Když chci provádět diskovou operaci (mazat soubor, měnit nebo vytvářet soubor, vytvářet složku,...), pak:
  1. Nejprve do žurnálu zapíši, co budu provádět.
  2. Pak provádím diskovou operaci.
  3. Pokud se operace dokončí v pořádku, potvrdím ji v žurnálu (commit).

Co když dojde k přerušení operace?

• Při dalším spuštění najdeme v žurnálu nepotvrzené operace.
• Tyto přerušené operace musíme odvolat. (Některé možná půjdou i dokončit.)

Další vlastnosti FS

• maximální velikost diskového oddílu,
• maximální velikos souboru,
• podpora nastavení práv,
• možnost vytváření snímků (image),
• ...

Typy souborových systémů

• diskové
• síťové
  • nfs
  • smb
• paměťové
  • tmpfs
• virtuální
  • procfs
  • fdfs

Příklady (diskových) FS:

NTFS

• Zaveden ve Windows NT.
• Podpora šifrování, komprese.
• Obvykle menší clustery než u FAT32.
• Názvy souborů v UTF8.
• Existuje více verzí, aktuální verze NTFS v. 3.1 (od Windows 2000), navíc se liší i verze ovladače NTFS.sys (pro Windows Vista a vyšší verze 6.0).
• Problematická podpora mimo Windows.
• Problémy s fragmentací, nutná pravidelná defragmentace. (Ve Windows 7 se spouští automaticky.)

FAT/FAT32/exFAT

• Pochází z MS-DOSu resp. Windows 95.
• Dnes na disketách a paměťových kartách.

FAT(16)

• Dnes již historický (omezení velikosti oddílu).
• Názvy souborů 8+3 znaky, bez podpory diakritiky.

FAT32

• delší jména souborů než u FAT,
• soubory velikosti max. 2 GB,
• velké disky pouze za cenu vyšší velikosti clusteru.
• Zastaralý — princip zůstává stejný jako u FAT16.
• Náchylný k chybám, nemá žurnálování.
• Široká podpora (HW zařízení, operační systémy,...).
• Jednoduchý na implementaci.

exFAT

• jen Microsoft, jako náhrada FAT32 pro flash-disky.
• rozšiřuje FAT32
• odstraňuje omezení velikosti souboru
• Může podporovat žurnálování, pokud to povolíme.

ext2/ext3/ext4

• Implementovány v Unixových systémech, standardní volba pro většinu linuxových distribucí.
• Vzájemně kompatibilní.

ext3

• Zpětně kompatibilní s ext2.
• Přidává žurnálování.
• Podporuje POSIX ACL (Access Control Lists).
• Není klasická defragmentace.
• Kontrola disku (fsck) jen v režimu read-only (viz Nástroje pro práci s diskem).
• Není transparentní komprese.
• Viz také Wikipedia.org > Ext3

ext4

• dnes nativní pro běžné uživatelské distribuce Linuxu

btrfs

• Pokročilý souborový systém pro GNU/Linux, Solaris,...
• Subvoluming
  • Jeden FS může být rozprostřen přes více fyzických zařízení.
  • Prostor (raw storage) rozdělen na úseky (např. 1GB), které se pak spojují do subvolumes.
  • Nahrazuje LVM (Logical Volume Manager) a ZFS.
• Snapshots (snímky disku)
  • Ukládání současného stavu disku a změn oproti tomuto stavu.
• Copy on write
  • Vytváření kopie svazku při současné práci se svazkem.
• <https://btrfs.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page>
• Vyvinut firmou Oracle, dnes GPL.
• Teprve se chystá podpora kontroly a opravy (rok 2012).

Vlastnosti

• Velikost souboru až 2^64 B ~ 16 EiB
• Dynamic i-node allocation
• Podpora svazků (volumes) a RAID vestavěná ve FS
  • RAID 0, 1 a 10
  • chystá se RAID 5 a 6
• Kontrolní součty (checksumming)
• Body obnovení (snapshotting) — uchová stav systému před rizikovou operací.
• On-line defragmentation.

HFS+

• MacOS X
• počítače Apple

swap

• Pro odkládání nepotřebných paměťových bloků na disk.
• Pod Windows se řeší speciálním souborem.

proc

• Pouze virtuální FS.
• Slouží k práci s procesy.

Související pojmy

LVM

• Systém pro správu logických oblastí.
• Dělá mezivrstvu mezi operačním systémem a fyzickým rozdělením disku (MBR, GPT,...).
• Umožňuje snadno měnit velikosti logických svazků, zálohovat logické svazky, simulovat RAID atd.

RAID

• Využití více fyzických disků pro redundantní ukládání dat.
• Při výpadku jednoho disku nepřijdu o data, data jdou dopočítat z informací na ostatních discích.
• Nicméně nemohu využít celý součet kapacit všech disků, část celkové kapacity je využita pro kontrolní součty.

Režimy: RAID 0, RAID 1, RAID 5,...

Související stránky

• Rozdělení disku, Defragmentace