Что такое виртуальная файловая система
Перейти к содержимому

Что такое виртуальная файловая система

  • автор:

Виртуальная файловая система

Виртуальная файловая система (англ. virtual file system — VFS) или виртуальный коммутатор файловой системы (англ. virtual filesystem switch ) — уровень абстракции поверх конкретной реализации файловой системы. Целью VFS является обеспечение единообразного доступа клиентских приложений к различным типам файловых систем. VFS может быть использована, например, для прозрачного доступа к локальным и сетевым устройствам хранения данных без использования специального клиентского приложения (независимо от типа файловой системы). VFS определяет интерфейс между ядром и конкретной файловой системой, таким образом, можно легко добавлять поддержку новых типов файловых систем, внося изменения только в ядро операционной системы.

Иногда виртуальными файловыми системами называют псевдо-файловые системы, которые не предназначены для хранения данных. Примером такой системы является procfs. [1]

Реализации

Одна из первых виртуальных файловых систем в Unix-подобных ОС была реализована Sun Microsystems в SunOS 2.0 в 1985 году. Это позволило системным вызовам Unix получить прозрачный доступ к локальной UFS и удалённой NFS. По этой причине, вендоры Unix-систем, получившие лицензию на код NFS, часто копировали дизайн VFS от Sun. Другие файловые системы могут быть подключены также: появилась реализация файловой системы MS-DOS FAT, разработанная в Sun, использовавшая SunOS VFS, хотя она не поставлялась в качестве продукта до SunOS 4.1. Реализация SunOS лежит в основе механизма VFS в System V Release 4.

Джон Хейдеманн ( John Heidemann ) разработал стековую VFS под SunOS 4.0 для экспериментальной файловой системы Ficus . Этот проект предусматривал повторное использование кода в файловых системах с различной, но похожей семантикой (например, шифрованная файловая система может использовать систему имён и код для хранения данных нешифрованной файловой системы). В своей диссертации Хейдеманн адаптировал эту работу для использования в 4.4BSD. Наследники этого кода лежат в основе реализаций современных файловых систем в операционных системах, производных от BSD, включая Mac OS X.

Другие виртуальные файловые системы Unix включают File System Switch в System V Release 3, Generic File System в Ultrix и VFS в Linux.

В OS/2 и Microsoft Windows механизм виртуальной файловой системы называется устанавливаемой файловой системой ( Installable File System ).

Файловая система в пользовательском пространстве ( Filesystem in UserspaceFUSE) позволяет программам реализовать файловую систему в пользовательском пространстве через подключение к виртуальной файловой системе. FUSE используется в Linux, FreeBSD, OpenSolaris, и Mac OS X.

См. также

  • 9P — протокол файловой системы Plan 9

Примечания

  1. FreeBSD: виртуальные файловые системы

Ссылки

2.2.4 Файловая система

В Linux различные файловые системы управляются уровнем, называемым VFS или виртуальной файловой системой. Виртуальная файловая система обеспечивает согласованное представление данных, хранящихся в системе на разных устройствах. Она делает это путём отделения пользовательского представления файловых систем с использованием стандартных системных вызовов, но позволяя разработчикам ядра реализовывать логические файловые системы на любом физическом устройстве. Таким образом, это абстрагирует детали физического устройства и логической файловой системы, и позволяет пользователям получать доступ к файлам одинаковым способом.

Любому устройству Linux, будь то встроенная система или сервер, необходима по крайней мере одна файловая система. Это отличается от исполняющих систем реального времени, которые не требуют вообще какой-либо файловой системы. В Linux необходимость иметь файловые системы проистекает из двух фактов:

▪ Приложения имеют отдельные программные образы и, следовательно, они должны иметь место для хранения в файловой системе.

▪ Доступ ко всем низкоуровневым устройствам реализуется так же, как к файлам.

Каждой системе Linux необходимо иметь основную файловую систему, корневую файловую систему. Она монтируется при старте системы. Позже с помощью этой файловой системы могут быть установлены многие другие файловые системы. Если система не может смонтировать корневую файловую систему на указанном устройстве, оно будет паниковать, а не выполнять запуск системы.

Наряду с дисковыми файловыми системами, Linux поддерживает специализированные файловые системы, которые для встроенных систем реализованы на основе флеш-памяти и ПЗУ. Также в Linux есть поддержка NFS, которая позволяет на встроенной системе смонтировать файловую систему, находящуюся на сетевом устройстве. Linux поддерживает файловые системы на основе памяти, что также полезно на встраиваемых системах. Также есть поддержка логических или псевдо-файловых систем; они могут быть использованы для получения информации о системе, а также использоваться в качестве средств отладки. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых встраиваемых файловых систем.

▪ EXT2: классическая файловая система Linux, которая широко используется пользователями

▪ CRAMFS: сжатая файловая система только для чтения

▪ ROMFS: файловая система только для чтения

▪ RAMFS: файловая система для чтения и записи на основе памяти

▪ JFFS2: журналируемая файловая система, специально созданная для хранения на флеш

▪ PROCFS: псевдо-файловая система, используемая для получения системной информации

▪ DEVFS: псевдо-файловая система для хранения файлов устройств

Более подробно эти файловые системы рассматриваются в Главе 4.

Виртуальные файловые системы в Linux: зачем они нужны и как они работают? Часть 1

Всем привет! Мы продолжаем запуски новых потоков по уже полюбившимся вам курсам и сейчас спешим сообщить о том, что у нас стартует новый набор по курсу «Администратор Linux», который запустится в конце апреля. К этому событию и будет приурочена новая публикация. С оригиналом материала можно ознакомиться тут.

Виртуальные файловые системы выполняют роль некой волшебной абстракции, которая позволяет философии Linux говорить, что «всё является файлом».

Что такое файловая система? Опираясь на слова одного из первых контрибьюторов и авторов Linux Робера Лава, «Файловая система – это иерархическое хранилище данных, собранное в соответствии с определенной структурой». Как бы то ни было, это определение в равной мере хорошо подходит для VFAT (Virtual File Allocation Table), Git и Cassandra (база данных NoSQL). Так что именно определяет такое понятие, как «файловая система»?

Основы файловой системы

Ядро Linux имеет определенные требования к сущности, которая может считаться файловой системой. Она должна реализовывать методы open() , read() и write() для постоянных объектов, которые имеют имена. С точки зрения объектно-ориентированного программирования, ядро определяет обобщенную файловую систему (generic filesystem) в качестве абстрактного интерфейса, а эти три большие функции считаются «виртуальными» и не имеют конкретного определения. Соответственно, реализация файловой системы по умолчанию называется виртуальной файловой системой (VFS).

Если мы можем открывать, читать и записывать в сущность, то эта сущность считается файлом, как мы видим из примера в консоли сверху.
Феномен VFS лишь подчеркивает наблюдение, характерное для Unix-подобных систем, которое гласит, что «всё является файлом». Подумайте, насколько странно, что тот маленький пример сверху с /dev/console показывает, как на самом деле работает консоль. На картинке изображена интерактивная Bash сессия. Отправка строки в консоль (virtual console device) отображает ее на виртуальном экране. VFS имеет другие, еще более странные свойства. Например, она дает возможность осуществлять поиск по ним.

Знакомые нам системы, такие как ext4, NFS и /proc имеют три важные функции в структуре данных С, которая называется file_operations. Кроме того, определенные файловые системы расширяют и переопределяют функции VFS привычным объектно-ориентированным способом. Как отмечает Роберт Лав, абстракция VFS позволяет пользователям Linux беспечно копировать файлы в или из сторонних операционных систем или абстрактных сущностей, таких как pipes, не беспокоясь об их внутреннем формате данных. Со стороны пользователя (userspace) с помощью системного вызова процесс может копировать из файла в структуры данных ядра с помощью метода read() одной файловой системы, а затем использовать метод write() другой файловой системы для вывода данных.

Определения функций, которые принадлежат к базовым типам VFS, находятся в файлах fs/*.c исходного кода ядра, в то время как подкаталоги fs/ содержат определенные файловые системы. В ядре также содержатся сущности, такие как cgroups , /dev и tmpfs , которые требуются в процессе загрузки и поэтому определяются в подкаталоге ядра init/ . Заметьте, что cgroups , /dev и tmpfs не вызывают «большую тройку» функций file_operations , а напрямую читают и пишут в память.
На приведенной ниже диаграмме показано, как userspace обращается к различным типам файловых систем, обычно монтируемых в системах Linux. Не показаны такие конструкции как pipes , dmesg и POSIX clocks , которые также реализуют структуру file_operations , доступ к которым проходит через слой VFS.

VFS — это «слой оболочки» между системными вызовами и реализациями определенных file_operations , таких как ext4 и procfs . Функции file_operations могут взаимодействовать либо с драйверами устройств, либо с устройствами доступа к памяти. tmpfs , devtmpfs и cgroups не используют file_operations , а напрямую обращаются к памяти.
Существование VFS обеспечивает возможность переиспользовать код, так как основные методы, связанные с файловыми системами, не должны быть повторно реализованы каждым типом файловой системы. Переиспользование кода – широкоприменяемая практика программных инженеров! Однако, если повторно используемый код содержит серьезные ошибки, от них страдают все реализации, которые наследуют общие методы.

/tmp: Простая подсказка

Простой способ обнаружить, что VFS присутствуют в системе – это ввести mount | grep -v sd | grep -v :/ , что покажет все смонтированные ( mounted ) файловые системы, которые не являются резидентами на диске и не NFS, что справедливо на большинстве компьютеров. Одним из перечисленных маунтов ( mounts ) VFS, несомненно, будет /tmp , верно?

Все знают, что хранение /tmp на физическом носителе – безумие! Источник.

Почему нежелательно хранить /tmp на физическом носителе? Потому что файлы в /tmp являются временными, а устройства хранения медленнее, чем память, где создается tmpfs. Более того, физические носители более подвержены износу при перезаписи, чем память. Наконец, файлы в /tmp могут содержать конфиденциальную информацию, поэтому их исчезновение при каждой перезагрузке является неотъемлемой функцией.

К сожалению, некоторые скрипты инсталляции Linux дистрибутивов создают /tmp на устройстве хранения по умолчанию. Не отчаивайтесь, если это произошло и с вашей системой. Выполните несколько простых инструкций с Arch Wiki, чтобы это исправить, и помните о том, что память выделенная для tmpfs , становится недоступной для других целей. Другими словами, система с гигантской tmpfs и большими файлами в ней может израсходовать всю память и упасть. Другая подсказка: во время редактирования файла /etc/fstab , помните о том, что он должен заканчиваться новой строкой, иначе ваша система не загрузится.

Помимо /tmp , VFS (виртуальные файловые системы), которые наиболее знакомы пользователям Linux – это /proc и /sys . ( /dev располагается в общей памяти и не имеет file_operations ). Почему именно эти два компонента? Давайте разберемся в этом вопросе.

procfs создает снимок мгновенного состояния ядра и процессов, которые он контролирует для userspace . В /proc ядро выводит информацию о том, какими средствами оно располагает, например, прерывания, виртуальная память и планировщик. Кроме того, /proc/sys – это место, где параметры, настраиваемые с помощью команды sysctl , доступны для userspace . Статус и статистика отдельных процессов выводится в каталогах /proc/ .

Здесь /proc/meminfo — это пустой файл, который тем не менее содержит ценную информацию.

Поведение /proc файлов показывает, какими непохожими могут быть дисковые файловые системы VFS. С одной стороны, /proc/meminfo содержат информацию, которую можно посмотреть командой free . С другой же, там пусто! Как так получается? Ситуация напоминает знаменитую статью под названием «Существует ли луна, когда на нее никто не смотрит? Реальность и квантовая теория», написанную профессором физики Корнельского университета Дэвидом Мермином в 1985 году. Дело в том, что ядро собирает статистику памяти, когда происходит запрос к /proc , и на самом деле в файлах /proc ничего нет, когда никто туда не смотрит. Как сказал Мермин, «Фундаментальная квантовая доктрина гласит, что измерение, как правило, не выявляет ранее существовавшего значения измеряемого свойства.» (А над вопросом про луну подумайте в качестве домашнего задания!)
Кажущаяся пустота procfs имеет смысл, поскольку располагающаяся там информация динамична. Немного другая ситуация с sysfs . Давайте сравним, сколько файлов размером не менее одного байта есть в /proc и в /sys .

Procfs имеет один файл, а именно экспортированную конфигурацию ядра, которая является исключением, поскольку ее нужно генерировать только один раз за загрузку. С другой стороны, в /sys лежит множество более объемных файлов, многие из которых занимают целую страницу памяти. Обычно файлы sysfs содержат ровно одно число или строку, в отличие от таблиц информации, получаемой при чтении таких файлов, как /proc/meminfo .

Цель sysfs – предоставить свойства доступные для чтения и записи того, что ядро называет «kobjects» в userspace. Единственная цель kobjects – это подсчет ссылок: когда удаляется последняя ссылка на kobject, система восстановит ресурсы, связанные с ним. Тем не менее, /sys составляет большую часть знаменитого «stable ABI для userspace» ядра, которое никто никогда, ни при каких обстоятельствах не может «сломать». Это не означает, что файлы в sysfs статичны, что противоречило бы подсчету ссылок на нестабильные объекты.
Стабильный двоичный интерфейс приложений ядра (kernel’s stable ABI) ограничивает то, что может появиться в /sys , а не то, что на самом деле присутствует в данный конкретный момент. Листинг разрешений на файлы в sysfs обеспечивает понимание того, как конфигурируемые параметры устройств, модулей, файловых систем и т.д. могут быть настроены или прочитаны. Делаем логический вывод, что procfs также является частью stable ABI ядра, хотя это не указано явно в документации.

Файлы в sysfs описывают одно конкретное свойство для каждой сущности и могут быть читаемыми, перезаписываемыми или и то и другое сразу. «0» в файле говорит о том, что SSD не может быть удален.

Вторую часть перевода начнем с того, как наблюдать за VFS с помощью инструментов eBPF и bcc, а сейчас ждем ваши комментарии и традиционно приглашаем на открытый вебинар, который уже 9 апреля проведет наш преподаватель — Владимир Дроздецкий.

  • linux
  • файловые системы

Глава 12 Виртуальная файловая система

Виртуальная файловая система (Virtual File System), иногда называемая виртуальным файловым коммутатором (Virtual File Switch) или просто VFS, — это подсистема ядра, которая реализует интерфейс пользовательских программ к файловой системе. Все файловые системы зависят от подсистемы VFS, что позволяет не только сосуществовать разным файловым системам, но и совместно функционировать. Это также дает возможность использовать стандартные системные вызовы для чтения и записи данных на различные файловые системы, которые находятся на различных физических носителях, как показано на рис. 12.1.

Рис. 12.1. Подсистема VFS в действии: использование команды cp(1) для копирования данных с жесткого диска, на котором монтируется файловая система, ext3, на гибкий диск, на котором монтируется файловая система ext2

Читайте также

Глава 17 Объекты kobject и файловая система sysfs

Глава 17 Объекты kobject и файловая система sysfs Унифицированная модель представления устройств — это существенно новая особенность, которая появилась в ядрах серии 2.6. Модель устройств — это единый механизм для представления устройств и описания их топологии в системе.

Глава 2 Файловая система

Глава 2 Файловая система Все, с чем работает система UNIX, она воспринимает в виде файла. Это не такое уж упрощение, как может показаться на первый взгляд. Когда разрабатывалась первая версия системы, даже прежде, чем ей дали имя, все усилия сосредоточились на создании

1.3.1 Файловая система

1.3.1 Файловая система Файловая система UNIX характеризуется:• иерархической структурой,• согласованной обработкой массивов данных,• возможностью создания и удаления файлов,• динамическим расширением файлов,• защитой информации в файлах,• трактовкой периферийных

16.5. Виртуальная файловая система VFS

16.5. Виртуальная файловая система VFS До сих пор наш рассказ о файловой системе касался только «статических», если можно так выразиться, составных частей файловой системы. Но, я думаю, вы понимаете, что все это хозяйство обслуживается какими-то программными модулями. Эти

7.2.2.1. Корневая файловая система и система инициализации

7.2.2.1. Корневая файловая система и система инициализации Итак, вы выбрали загрузку Linux. Загрузчик GRUB загрузит ядро, а затем передаст ему параметры и управление. Подробновесь процесс загрузки ядра рассматриваться здесь не будет. Вам достаточно знать следующее: ядру при

Глава 5 Файловая система Ubuntu

Глава 5 Файловая система Ubuntu Вполне возможно, вы хотя бы раз слышали словосочетание «дерево каталогов» применительно к организации расположения файлов на компьютере. Действительно, если представить файлы листьями, а директории — узлами веток, то файловая система похожа

Файловая система

Файловая система Теперь рассмотрим несколько команд rundll32.exe, предназначенных для работы с файловой системой Windows. С их помощью можно как создавать файлы, так и удалять уже созданные файлы и каталоги Windows, но нельзя указать содержимое

Файловая система

Файловая система Настройки файловой системы являются критически важными для оптимизации скорости работы компьютера. Как правило, если параметры реестра, описывающие работу файловой системы, не оптимизированы, то возможно снижение скорости работы компьютера на 10-70%. Все

Файловая система

Файловая система Теперь скажем несколько слов о содержимом файловой системы Windows. Как правило, здесь также есть над чем поработать, особенно если места на жестком диске мало. Автор лишь приведет определенные пути к каталогам и ветви реестра, а вы сами решайте, нужны ли они

Глава 3 Файловая система

Глава 3 Файловая система Одно из самых важных условий работы с документами – их хранение. Представьте, как сложно было бы получать книги в библиотеке, если бы они не были разложены по стеллажам и полкам. Если сваливать все бумаги в одну кучу, то уже через несколько дней

Глава 7 Файловая система /proc

Глава 7 Файловая система /proc Попробуйте запустить команду mount без аргументов — она выдаст список файловых систем, смонтированных в настоящий момент. Среди прочих строк будет и такая:none on /proc type proc (rw)Она указывает на специальную файловую систему /proc. Поле none говорит о том,

Глава 5 Файловая система Linux

Глава 5 Файловая система Linux 5.1. Различные файловые системы Linux поддерживает много различных файловых систем. Начинающий пользователь просто теряется, когда видит такое многообразие выбора, — ведь в качестве корневой файловой системы доступны: ext2, ext3, ext4, XFS, ReiserFS,

6.6.2. Файловая система FAT

6.6.2. Файловая система FAT Файловая система FAT используется ОС MS DOS и ОС Windows для упорядочения файлов и управления ими. В основу данной файловой системы положена таблица размещения FAT (File Allocation Table), которая представляет собой структуру данных, создаваемую ОС при

6.6.2.1. Файловая система FAT 16

6.6.2.1. Файловая система FAT 16 Файловая система FAT 16 поддерживается ОС MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows 2000, а также некоторыми версиями ОС UNIX.Цифра 16 в названии файловой системы указывает на число бит (двоичных разрядов), необходимых для хранения информации о номерах кластеров,

Файловая система для SSD

Файловая система для SSD LinuxFormat, #169 (апрель 2013)За последние лет 10-15 мы неоднократно читали победные реляции об успехах в компьютерной области. Однако настоящим успехом последних лет можно считать только начало широкого распространения SSD-накопителей: впервые за всю историю

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *