लिनक्स वर्चुअल फाइल सिस्टम: उनकी आवश्यकता क्यों है और वे कैसे काम करते हैं? भाग 1

सभी को नमस्कार! हम आपके द्वारा पहले से पसंद किए गए पाठ्यक्रमों में नए थ्रेड लॉन्च करना जारी रखते हैं और आपको सूचित करने की जल्दी में हैं कि हम लिनक्स प्रशासक पाठ्यक्रम में एक नया सेट शुरू कर रहे हैं, जो अप्रैल के अंत में शुरू होगा। एक नया प्रकाशन इस घटना के साथ मेल खाने के लिए समयबद्ध होगा। मूल सामग्री यहां पाई जा सकती है ।

वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम कुछ प्रकार के जादुई अमूर्त के रूप में कार्य करता है जो लिनक्स दर्शन को यह कहने की अनुमति देता है कि "सब कुछ एक फ़ाइल है"।



फाइल सिस्टम क्या है? पहले लिनक्स योगदानकर्ताओं और लेखकों में से एक के शब्दों के आधार पर, रॉबर्ट लव , "एक फाइल सिस्टम एक पदानुक्रमित डेटा वेयरहाउस है, जो एक विशिष्ट संरचना के अनुसार इकट्ठा किया जाता है।" जैसा कि हो सकता है, यह परिभाषा VFAT (वर्चुअल फ़ाइल आवंटन तालिका), Git, और Cassandra ( NoSQL डेटाबेस ) के लिए समान रूप से अनुकूल है। तो क्या वास्तव में "फाइल सिस्टम" जैसी अवधारणा को परिभाषित करता है?

फ़ाइल सिस्टम मूल बातें

लिनक्स कर्नेल में एक इकाई के लिए विशिष्ट आवश्यकताएं होती हैं जिन्हें एक फ़ाइल सिस्टम माना जा सकता है। यह open() , read() और write() लिए लगातार वस्तुओं के तरीकों को लागू करना चाहिए जिनके नाम हैं। ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड प्रोग्रामिंग के दृष्टिकोण से, कर्नेल एक जेनेरिक फाइल सिस्टम (जेनेरिक फाइल सिस्टम) को एक सार इंटरफेस के रूप में परिभाषित करता है, और इन तीन बड़े कार्यों को "वर्चुअल" माना जाता है और इसकी कोई विशिष्ट परिभाषा नहीं है। तदनुसार, फ़ाइल सिस्टम के डिफ़ॉल्ट कार्यान्वयन को वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम (VFS) कहा जाता है।



यदि हम किसी इकाई को खोल, पढ़ और लिख सकते हैं, तो इस इकाई को एक फाइल माना जाता है, जैसा कि हम ऊपर के कंसोल में उदाहरण से देखते हैं।
वीएफएस घटना केवल यूनिक्स जैसी प्रणालियों की अवलोकन विशेषता को रेखांकित करती है, जो बताती है कि "सब कुछ एक फाइल है।" सोचें कि यह कितना अजीब है कि ऊपर / dev / कंसोल के साथ छोटा उदाहरण दिखाता है कि कंसोल वास्तव में कैसे काम करता है। तस्वीर एक इंटरैक्टिव बैश सत्र दिखाती है। कंसोल (वर्चुअल कंसोल डिवाइस) को एक स्ट्रिंग भेजना एक आभासी स्क्रीन पर प्रदर्शित करता है। वीएफएस में अन्य, यहां तक ​​कि अजनबी गुण भी हैं। उदाहरण के लिए, उनके माध्यम से खोज करना संभव बनाता है।

Ext4 , NFS और / proc जैसे परिचित सिस्टम में C_ डेटा संरचना में तीन महत्वपूर्ण कार्य हैं जिन्हें file_operations कहा जाता है। इसके अलावा, कुछ फ़ाइल सिस्टम एक परिचित, ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड तरीके से VFS फ़ंक्शन का विस्तार और पुनर्परिभाषित करते हैं। रॉबर्ट लव नोट्स के रूप में, वीएफएस अमूर्तता लिनक्स उपयोगकर्ताओं को अपने आंतरिक डेटा प्रारूप के बारे में चिंता किए बिना, तृतीय-पक्ष ऑपरेटिंग सिस्टम या पाइप जैसी अमूर्त संस्थाओं से फ़ाइलों की नकल करने की अनुमति देता है। सिस्टम कॉल का उपयोग करते हुए, उपयोगकर्ता पक्ष (उपयोगकर्ता स्थान) पर, एक प्रक्रिया एक फ़ाइल सिस्टम की read() पद्धति का उपयोग करके फ़ाइल से कर्नेल डेटा संरचनाओं में कॉपी कर सकती है और फिर आउटपुट डेटा के लिए किसी अन्य फ़ाइल सिस्टम के write() विधि का उपयोग कर सकती है।

फ़ंक्शन परिभाषाएँ जो मूल VFS प्रकार से संबंधित हैं, fs / * में पाए जाते हैं । कर्नेल स्रोत से सी फाइलें, जबकि fs/ उपनिर्देशिका में विशिष्ट फ़ाइल सिस्टम होते हैं। कर्नेल में cgroups , /dev और tmpfs जैसी tmpfs भी होती हैं, जो बूट प्रक्रिया के दौरान आवश्यक होती हैं और इसलिए init/ कर्नेल उपनिर्देशिका में परिभाषित की जाती हैं। ध्यान दें कि cgroups , /dev और tmpfs file_operations के बिग थ्री कार्यों को नहीं कहते हैं, लेकिन सीधे मेमोरी में पढ़ते और लिखते हैं।
नीचे दिए गए आरेख से पता चलता है कि यूज़रस्पेस विभिन्न प्रकार के फाइल सिस्टम को एक्सेस करता है जो आमतौर पर लिनक्स सिस्टम पर मुहिम की जाती है। pipes , dmesg और POSIX clocks रूप में इस तरह के निर्माण, जो file_operations संरचना को भी लागू करते हैं, जिस तक पहुंच VFS परत से गुजरती है, नहीं दिखाई जाती है।



VFS सिस्टम कॉल और कुछ file_operations कार्यान्वयन के बीच "शेल लेयर" है, जैसे ext4 और procfs । file_operations फ़ंक्शन डिवाइस ड्राइवर्स या मेमोरी एक्सेस डिवाइसेस के साथ इंटरैक्ट कर सकता है। tmpfs , devtmpfs और cgroups file_operations उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन मेमोरी को सीधे एक्सेस करते हैं।
वीएफएस का अस्तित्व कोड का पुन: उपयोग करने की क्षमता प्रदान करता है, क्योंकि फ़ाइल सिस्टम से जुड़े बुनियादी तरीकों को प्रत्येक प्रकार की फ़ाइल प्रणाली द्वारा फिर से लागू करने की आवश्यकता नहीं है। पुन: उपयोग करना सॉफ्टवेयर इंजीनियरों के लिए एक व्यापक रूप से स्वीकृत अभ्यास है! हालाँकि, यदि पुन: प्रयोज्य कोड में गंभीर त्रुटियां हैं , तो सभी कार्यान्वयन जो सामान्य विधियों को प्राप्त करते हैं , वे उनसे पीड़ित हैं।

/ tmp: सरल संकेत

VFS सिस्टम में मौजूद है यह पता लगाने का एक आसान तरीका है कि mount | grep -v sd | grep -v :/ प्रवेश करें mount | grep -v sd | grep -v :/ mount | grep -v sd | grep -v :/ mount | grep -v sd | grep -v :/ , जो सभी माउंटेड फ़ाइल सिस्टम को दिखाएगा जो कि डिस्क पर निवासी नहीं हैं और एनएफएस नहीं हैं, जो कि अधिकांश कंप्यूटरों के लिए सही है। ऊपर सूचीबद्ध VFS में से एक निस्संदेह /tmp , है ना?



हर कोई जानता है कि भौतिक माध्यम पर भंडारण /tmp पागल है! स्रोत ।

भौतिक मीडिया पर स्टोर /tmp करना अवांछनीय क्यों है? क्योंकि /tmp की फाइलें अस्थायी होती हैं और स्टोरेज डिवाइस उस मेमोरी की तुलना में धीमी होती हैं जहां tmpfs बनाई जाती हैं। इसके अलावा, भौतिक मीडिया स्मृति की तुलना में ओवरराइटिंग पहनने के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं। अंत में, / tmp की फ़ाइलों में संवेदनशील जानकारी हो सकती है, इसलिए प्रत्येक रिबूट के साथ उनका गायब होना एक अभिन्न कार्य है।

दुर्भाग्य से, कुछ लिनक्स वितरण इंस्टॉलेशन स्क्रिप्ट डिफ़ॉल्ट स्टोरेज डिवाइस पर / tmp बनाते हैं। निराशा मत करो अगर यह आपके सिस्टम के लिए हुआ है। इसे ठीक करने के लिए आर्क विकी के कुछ सरल निर्देशों का पालन करें, और याद रखें कि tmpfs लिए आवंटित मेमोरी अन्य उद्देश्यों के लिए अप्राप्य हो जाती है। दूसरे शब्दों में, विशाल tmpfs वाली प्रणाली और इसमें बड़ी फाइलें मेमोरी और क्रैश से बाहर निकल सकती हैं। एक और संकेत: /etc/fstab संपादित करते समय, याद रखें कि यह एक नई पंक्ति के साथ समाप्त होना चाहिए, अन्यथा आपका सिस्टम बूट नहीं होगा।

/ proc और / sys

/tmp अलावा, VFS (वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम) जो लिनक्स उपयोगकर्ता सबसे अधिक परिचित हैं /proc और /sys । ( /dev साझा मेमोरी में स्थित है और इसमें file_operations नहीं हैं)। वास्तव में ये दो घटक क्यों हैं? आइए इस मुद्दे पर गौर करें।

procfs कर्नेल और उन प्रक्रियाओं का एक स्नैपशॉट लेता है, जो उपयोगकर्ताओं के लिए मॉनिटर करता है। /proc कर्नेल जानकारी रखता है कि उसके पास कौन से उपकरण हैं, उदाहरण के लिए, इंटरप्ट, वर्चुअल मेमोरी और शेड्यूलर। इसके अलावा, /proc/sys वह स्थान है जहाँ sysctl कमांड के साथ कॉन्फ़िगर किए गए विकल्प userspace को उपलब्ध हैं। व्यक्तिगत प्रक्रियाओं की स्थिति और आँकड़े /proc/ निर्देशिका में प्रदर्शित किए जाते हैं।



यहाँ /proc/meminfo एक खाली फ़ाइल है जिसमें फिर भी मूल्यवान जानकारी होती है।

/proc फ़ाइलों का व्यवहार दिखाता है कि VFS डिस्क फ़ाइल सिस्टम कैसे भिन्न हो सकता है। एक ओर, /proc/meminfo में ऐसी जानकारी होती है जिसे free कमांड के साथ देखा जा सकता है। दूसरी ओर, यह वहाँ खाली है! वह कैसे है? स्थिति एक प्रसिद्ध लेख से मिलती जुलती है जिसका शीर्षक है "क्या चाँद मौजूद है जब कोई इसे नहीं देख रहा है?" रियलिटी और क्वांटम थ्योरी, ” 1985 में कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के भौतिकी के प्रोफेसर डेविड मर्मिन द्वारा लिखित। तथ्य यह है कि कर्नेल मेमोरी आँकड़ों को इकट्ठा करता है जब एक अनुरोध /proc लिए किया जाता है, और वास्तव में जब कोई नहीं देख रहा है तो /proc फ़ाइलों में कुछ भी नहीं है। जैसा कि मर्मिन ने कहा, "मौलिक क्वांटम सिद्धांत कहता है कि माप, एक नियम के रूप में, मापा संपत्ति के preexisting मूल्य को प्रकट नहीं करता है।" (गृहकार्य के रूप में चंद्रमा प्रश्न के बारे में सोचो!)
procfs खालीपन समझ में आता है, क्योंकि वहां की जानकारी गतिशील है। sysfs साथ थोड़ी अलग स्थिति। आइए तुलना करते हैं कि कम से कम एक बाइट की कितनी फाइलें /proc और /sys ।



Procfs में एक फ़ाइल है, जिसका नाम है निर्यात कर्नेल कॉन्फ़िगरेशन, जो एक अपवाद है क्योंकि इसे केवल बूट के अनुसार एक बार उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है। /sys दूसरी ओर, कई और अधिक चमकदार फाइलें हैं, जिनमें से कई स्मृति के पूरे पृष्ठ पर हैं। आमतौर पर, sysfs फ़ाइलों में एक ही नंबर या पंक्ति होती है, जो कि पठन /proc/meminfo प्राप्त /proc/meminfo जैसी फ़ाइलों को पढ़कर प्राप्त की गई जानकारी की तालिकाओं के विपरीत /proc/meminfo ।

«kobjects» का उद्देश्य कर्नेल को «kobjects» में पठनीय और पठनीय गुण प्रदान करना है। kobjects का एकमात्र उद्देश्य लिंक को गिनना है: जब kobject का अंतिम लिंक हटा दिया जाता है, तो सिस्टम इससे जुड़े संसाधनों को पुनर्स्थापित कर देगा। हालाँकि, /sys प्रसिद्ध "स्थिर ABI for userspace" कर्नेल के थोक बनाता है, जिसे कोई भी किसी भी परिस्थिति में नहीं तोड़ सकता है । इसका मतलब यह नहीं है कि sysfs में फाइलें स्थिर हैं, जो अस्थिर वस्तुओं के लिंक की उलटी गिनती करेगी।
एक कर्नेल का स्थिर कर्नेल अनुप्रयोग इंटरफ़ेस (कर्नेल का स्थिर ABI) /sys में जो प्रकट हो सकता है उसे सीमित करता है, न कि वास्तव में इस विशेष क्षण में मौजूद है। Sysfs में फ़ाइल अनुमतियों को सूचीबद्ध करने से उपकरणों, मॉड्यूल, फ़ाइल सिस्टम आदि के लिए कॉन्फ़िगर करने योग्य सेटिंग्स की समझ मिलती है। अनुकूलित या पढ़ा जा सकता है। हम निष्कर्ष निकालते हैं कि खरीद स्थिर एबीआई कर्नेल का भी हिस्सा है, हालांकि यह प्रलेखन में स्पष्ट रूप से नहीं बताया गया है।



sysfs फाइलें प्रत्येक इकाई के लिए एक विशिष्ट संपत्ति का वर्णन करती हैं और एक साथ पढ़ने योग्य, पुन: लिखने योग्य या दोनों हो सकती हैं। फ़ाइल में एक "0" इंगित करता है कि SSD को हटाया नहीं जा सकता है।

हम अनुवाद का दूसरा भाग शुरू करते हैं कि कैसे ईएफ़पीएफ और बीसीसी टूल्स का उपयोग करके वीएफएस का निरीक्षण किया जाए, और अब हम आपकी टिप्पणियों की प्रतीक्षा कर रहे हैं और पारंपरिक रूप से आपको खुले वेबिनार में आमंत्रित करते हैं, जो 9 अप्रैल को हमारे शिक्षक व्लादिमीर ड्रोज़डेत्स्की द्वारा आयोजित किया जाएगा।

दूसरा भाग।