سیستم فایل در یونیکس/لینوکس – بخش اول

[Gravity]

سیستم فایل ساختاریست که داده ها را در خود نگه می دارد و مکانیزیم و دستوراتی را برای ایجاد،دسترسی و تغییر فایل ها فراهم می کند. فایل ها ساختار های منطقی هستند که داده ها در غالب آنها ذخیره می شود.فایل مجموعه ای از داده ها ذخیره شده در هارد هستند. در لینوکس همه چیز فایل است حتی سخت افزار پیکربندی شده در روی سیستم.

دایرکتوری چیست؟
در یونیکس ها دایرکتوری همان پوشه یا Folder در ویندوز است. فایل ها در غالب دایرکتوری ها دسته بندی می شوند. دایرکتوری ها از یک دید به دو دسته : دایرکتوری ولد و دایرکتوری فرزند دسته بندی می شوند. دایرکتوری فرزند درون دایرکتوری والد قرار می گیرد. در کل هر دایرکتوری که درون دایرکتوری دیگر باشد زیر دایرکتوری یا Subdirectory گویند.

ساختار سلسله مراتبی دایرکتوری ها و زیر دایرکتوری ها تشکیل یک درخت را می دهد. هر درختی یک ریشه دارد اما ریشه درخت های کامپیوتر در بالای درخت قرار دارند. بطور مثال در ویندوز می توانیم سه درخت داشته باشیم( سه درایو) که نام ریشه های آنها C,D,E باشد. اما در یونیکس ها تنها و تنها یک درخت داریم. رشیه این درخت root نام دارد که با نماد / نشان داده می شود. (root به معنی ریشه است). Root بالاترین دایرکتوری است و بقیه دایرکتوری ها زیر این دایرکتوری هستند. برای پیمایش سیستم فایل باید از دایرکتوری root یا / شروع کنیم.

شکل زیر ساختار دایرکتوری ها را نشان می دهد.



فرض کنید می خواهیم به دایرکتوری bin (پاین ترین سطح) برویم. با دستور زیر و شروع از / دایرکتوری ها را پیمایش می کنیم.

cd  /usr/local/bin 

شکل زیر یک نمای کلی از ساختار فایل در لینوکس را نشان می دهد.



سیستم فایل های رایج لینوکس :
ext2,3,4 : ext از نسخه 2 شروع و در حال حاضر نسخه 4 آن قابل استفاده است. مزیت نسخه های 3و4 نسبت به نسخه 2 ویژگی journaling نسخه های 3و4 است. که اطلاعاتی برای Recovery را فراهم می کند

Isofs : مورد استفاده CD/DVD ها

Procfs و sysfs : سیستم فایل های منطقی که روی حاضه Ram قرار می گیرند. با خاموش شدن سیستم، این سیستم فایل ها از بین می روند و با دوباره روشن شدن، توسط کرنل در حافضه Ram ساخته می شوند. دایرکتوری هایی با همین نام ها در زیر دایرکتوری / قرار می گیرد که حاوی اطلاعاتی از سیستم هستند.

NFS : سیستم فایل اشتراک دایرکتوری ها و فایل ها در شبکه.

دایرکتوری های مهم در لینوکس :
/ : دایرکتوری root و در بالاترین سطح قرار دارد.

home/ : هر کاربر در این دایرکتوری یک دایرکتوری خاص خود را دارد.

root/ : دایرکتوری به نام root زیر دایرکتوری / قرار دارد که دایرکتوری خانگی کاربر root است.

etc/ : فایل های پیکربندی سرویس ها و خود سیستم در این دایرکتوری است.

var/ : شامل mail list ها

var/log/ : در زیر دایرکتوری /var/log فایل های Log قرار دارند.

bin/ و sbin : /sbin مخفف binary ود ر این دایرکتوری ها به ترتیب دستور های عمومی و ویژه کاربر root قرار دارد.


دستور های کار با دایرکتوری :

دستور ls :
برای دیدن محتوای یک دایرکتوری بکار می رود. دارای سوئیچ های فراوانی است که آنها را می گوییم :

a : فایل های مخفی را هم نشان می دهد. در لینوکس فایل های مخفی ابتدای نامشان یک نقطه (dot) وجود دارد.

l : می توانید مجوز و مالک هر فایل را ببینید.

h : اندازه فایل را لصورا استاندارد و برحسب کیلو بایت،مگابایت و … نشان می دهد.

ls   -lah

ls  -lah /home/amirnami/Docs 

ls : d بصورت پیش فرض اطلاعات فایل ها و پوشه های درون دایرکتوری جاری یا دایرکتوری که شما تعیین کردید را نشان می دهد. با سوئیچ d می توان اطلاعات خو دایرکتوری جاری یا دایرکتوری که تعیین کردید را ببینید.

ls –lhd

ls  -lhd /home/amirnami/Docs 

همچنین می توانید این پست را بخوانید.

دستور tree :
مانند دستور ls برای لیست کردن محتوا بکار مب رود اما ساختار سلسله مراتبی را نیز نشان می دهد. یعنی دایرکتوری های والد و زیر دایرکتوری ها

دارای سوئیج هایی زیادی است که مفید ترین آنها :

a : فایل های مخفی را هم نشان می دهد. در لینوکس فایل های مخفی ابتدای نامشان یک نقطه (dot) وجود دارد.

d : مانند کاربرد در دستور ls

شکل زیر احرای ساده آن است :



ایجاد و حذف دایرکتوری ها :
دستور های mkdir و rmdir به ترتیب برای ایجاد و پاک کردن دایرکتوری ها بکار می روند. بطور مثال از دستور های زیر،دستور اول یک دایرکتوری به نام newdir در دایرکتوری جاری ایجاد می کند و دستور دوم با همان نام در زیر دایرکتوری amirnami ایجاد می کند.

mkdir Docs

mkdir /home/amirnami/Docs 

اما اگر می خواهید بصورت سلسله مراتبی دایرکتوری ها را بسازید باید از سوئچ p استفاده کنید. دستورهای زیر ابتدا دایرکتوری dir1 را و سپس درون آن دایرکتوری dir2 را ایجاد می کند.

mkdir  -p dir1/dir2

mkdir  -p /home/amirnami/dir1/dir2 

حذف دایرکتوری ها با دستور rmdir انجام می شود. دستور اول Docs را از دایرکتوری جاری و دومی از درون دایرکتوری amirnami حذف می کند. اما با دستور rmdir نمی توانید دایرکتوری های سلسله مراتبی را حذف کنید. برای این کار باید از سویچ p استفاده کنید.( الته به شرطی که دایرکتوری ها خالی باشند ودر آنها هیچ فایلی نباشد)

rmdir  -p dir1/dir2

rmdir  -p /home/amirnami/dir1/dir2 

دستور rm :
از این دستور برای پاک کردن یک فایل استفاده می کنیم. در دستور rmdir سوئیج i باعث می شود تا پیغامی برای اطمینان از حذف دایرکتوری یا دایرکتوری های سلسله مراتبی نشان داده شود. y را وارد کنید تا دایرکتوری(ها) پاک شوند در غیر انصورت n را وارد کنید.

rm  -i file

rm   -i /home/amirnami/Docs/file 

گفتیم دستور rmdir نمی تواند دایرکتوری های سلسله مراتبی را که حتوی فایل هستند را پاک کند. برای این کار از دستور rm و سوئیچ -r بصورت زیر استفاده می کنیم.

در دستور rmdir سوئیج i باعث می شود تا پیغامی برای اطمینان از حذف دایرکتوری یا دایرکتوری های سلسله مراتبی نشان داده شود. y را وارد کنید تا دایرکتوری(ها) پاک شوند در غیر انصورت n را وارد کنید.

rm  -r  dir1/dir2

rm  -r  /home/amirnami/dir1/dir2 

دستور های mv و cp :
دستور mv مخفف move مانند cut عمل می کند. این دستور یک فایل یا دایرکتوری را از جایی به جای دیگر منتقل می کند و فایل در مبدا دیگر وچود ندارد.

mv  /path/to/SourceFile   /path/to/destination 

از دستور mv برای Rename کردن فایل هم استفاده می شود. به این صورت که مسیر های مبدا و مقصد یکی اما نام فایل متفاوت است.

mv  /home/amirnami/Docs/oldnamefile   /home/amirnami/Docs/newfilename 

در مثال زیر دستور اول کلیه فایل های درون دایرکتوری dir1 را در دایرکتوری dir2 انتقال میدهد ولی دستور دوم تنها فایل file را انتقال میدهد :

mv  /path/to/dir1/*  /path/to/dir2

mv  /path/to/dir1/file  /path/to/dir2 

دستور cp برای کپی کردن محتوای یک دایرکتوری یا یک فایل از دایرکتوری در مسیر دیگری بکار می رود. مانند دستور mv دارای مبدا و مقصد است. فرمت کلی آن :

cp  /path/to/source  /path/to/destination 

در مثال زیر دستور اول کلیه فایل های درون دایرکتوری dir1 را در دایرکتوری dir2 کپی می کند ولی دستور دوم تنها فایل file را کپی می کند.

cp  /path/to/dir1/*  /path/to/dir2

cp  /path/to/dir1/file  /path/to/dir2 

قوانین نام گذاری فایل ها و دایرکتوری ها :
لینوکس سیستم عاملییست حساس به کوچکی و بزرگی حروف. یعنی filename و FileName و FILENAME تفاوت دارند. می توانید از تمامی حروف و اعداد و کارکتر _(Underline) و کارکتر های خاص استفاده کنید ولی اگر نام یک فایل یا دایرکتوری شامل فضای سفید(Tab,Space) باشد، باید پیش از آن کارکتر خاص یک علامت / بیاورید. فرض کنید با دستور mkdir یک دایرکتوری به نام new@ file می خواهید بسازید. سیستم خطایی نمی دهد ولی بجای ساختن یک دایرکتوری به دلیل وجود فضای خالی در نام، دستور آنرا دو دایرکتوری مجزا فرض می کند(دو کادر قرمز اولی و دومی نام دوفایل را نشان می دهد). حال فرض کنید بعد ساختن دایرکتوری بالا می خواهید دایرکتوری دیگری با نام file بسازید. سیستم خطا می دهد که این نام از قبل وجو داشته است.(سومین کادر قرمز)



برای رفع این مشکل باید قبل فضای خالی از یک / استفاده شود و یا اینکه کل نام فایل یا دایرکتوری را بین دو ” قرار دهیم.

نکته دیگر این است که همه چیز درلینوکس فایل است حتی دایرکتوری ها پس نمی توان در یک جا فایل ها و دایرکتوری ها همنام داشت با توجه به اینکه فایل و دایرکتوری دو چیز متفاوت هستند سیستم حتمن به شما خطا می دهد که این نام وجود دارد.
نویسنده نامی امیر

[Gravity]

سیستم فایل در یونیکس/لینوکس – بخش دوم

در بخش اول آشنایی با سیستم فایل در یونیکس با مفاهیم سیستم فایل و ساختار داده ای آن آشنا شدیم. سپس چند دایرکتوری مهم و برخی از انواع سیستم فایل های رایج را بررسی کردیم. در این پست با ساختار و صفات یک فایل مانند inode و Superblock آشنا می شویم. مطلب مهمی که در رابطه با سیستم فایل لینوکس و یونیکسی ها وجود دارد این است که همه چیز در یونیکسی ها و لینوکس فایل هستند.

چه چیزی در سیستم فایل وجود دارد :
از نگاه دیگر فایل سیستم ها به دو دسته تقسیم می شوند.

سیستم فایل داده های کاربران را ذخیره می کند.
سیستم فایل اطلاعات ساختاری مانند inode و superblock و دایرکتوری ها را ذخیره می کند که موسوم به Metadata هستند.

Metadata ساختار سیستم فایل را توصیف می کنند. متداولترین متادیتا، Superblock,inode و دایرکتوری ها هستند. دو مفهوم inode و superblock در زیر گفته می شوند.

مفهوم Inode :
Inode یا index node یک مفهوم اساسی در سیستم عامل های یونیکسی و لینوکس است. هر شی (object) در سیستم فایل توسط یک inode نشان داده می شود. اشیا یا Object ها چه هستند؟ در یونیکسی ها و لینوکس همه چیز فایل است و همه فایل ها در یونیکس ها و لینوکس دارای خواص و صفات زیر هستند :

نوع فایل (قابل اجرا، باینریو …)
مجوزها (خواندن و نوشتن)
مالک فایل (غالبن کسی که فایل را ایجاد کرده ولی می تواند توسط دستور chown تغییر پیدا کند)
گروه فایل
اندازه فایل
زمان و تارخ آخرین دسترسی و آخرین تغییر در فایل (به یاد داشته باشید در یونیکس و لینوکس زمان ایجاد فایل ذخیره نمی شوند)
زمان پاک شدن فایل
تعداد لینک های گرفته شده از فایل( soft/hard)
فهرست کنترل دسترسی یا Access Control List

تمامی اطلاعات(صفات) بالا در inode خود مربوط به فایل ذخیره می شوند. بصورت خلاصه inode، فایل و خصوصیات آنرا تعریف می کند. هر inode با یک عدد منحصر به فرد درون فایل تعیین می شود. Inode را index number هم می گویند.

تعریف inode :
Inode یک ساختار داده ای بر روی سیستم فایل سیستم عامل های مبتنی بر یونیکس است، سیستم فایل هایی مانند ext4 و UFS از این دسته هستند. Inode اطلاعات اساسی درباره فایل را ذخیره می کند.

چگونه شماره inode را ببنیم :
با استفاده از دستور ls و سوئیچ -i می توان inode هر فایل را دید.

ls   -i  /etc/passwd 

و خرجی آن چیزی شبیه به زیر :

32820 /etc/passwd 

همچنین می توان از دستور stat نیز بصورت زیر استفاده کرد :

stat  /etc/passwd 

و خروجی چیزی شبیه به زیر :

File: ‘/etc/passwd’

Size: 1988            Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file

Device: 341h/833d       Inode: 32820       Links: 1

Access: (0644/-rw-r–r–)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)

Access: 2005-11-10 01:26:01.000000000 +0530

Modify: 2005-10-27 13:26:56.000000000 +0530

Change: 2005-10-27 13:26:56.000000000 +0530 

مفهموم Superblock :
بلاک ها برای دو هدف زیر استفاده می شوند :

بلاک ها داده های کاربران را ذخیره می کنند.
در سیستم فایل، برخی از بلاک ها Metadata ها را ذخیره می کنند.

سیستم فایل های گوناگونی وجود دارند و متفاوت از هم هستند مانند etc2 ,ext3. یستم فایل ها دارای اندازه و مشخصات(status) هایی مانند نقطه اتصال، هستند. بصورت خلاصه، هر سیستم فایل دارای Superblock ی است که این SuperBlock شامل اطلاعات زیر است :

نوع سیستم فایل
اندازه
وضعیت یا Status
اطلاعات دیگری درباره ساختار متادیتا

اگر این اطلاعات از بین بروند، اطلاعات شما از دست می رود (Data Loss) بنابراین لینوکس چندین کپی اضافی از Superblock ها را در هر سیستم فایل نگه داری می کند که در مواقع اضطراری این کپی ها اهمیت دارند. برای مثال شما می توانید کپی ها را برای بازیابی Superblock های مشکل دار استفاده کنید. دستور زیر Superblock اصلی و پشتیبان( کپی) را در پارتیشن سوم هارد اول نشان می دهد. (برای اجرا نیاز به دسترسی ریشه دارید).

dumpe2fs  /dev/hda3 | grep   -i  superblock 

و خروجی آن :

Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1

Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769

Backup superblock at 98304, Group descriptors at 98305-98305

Backup superblock at 163840, Group descriptors at 163841-163841

Backup superblock at 229376, Group descriptors at 229377-229377

Backup superblock at 294912, Group descriptors at 294913-294913 

باقی نگه داشتن یک سیستم فایل معیوب :
وقتی از اصطلاح سیستم فایل معیوب (Filesystem Failure ) استفاده می کنیم، منظور خرابی ساختار داده ای سیستم فایل مانند inode,Superblock و دایرکتوری ها است که هر یک از دلایل زیر می تواند دلیل بروز خرابی باشند :

اشتباه های مدیر سیستم (کاربر root بالاترین سطح دسترسی را دارد)
باگ های درایور ها
باگ های کرنل ( البته در نسخه های پایدار فعلی، باگ کرنل در کمترین حد است)

ابزار fsck که مخفف FilesSytem ChecK است در رفع مشکل بسیار کارآمد است و می تواند در رفع مشکل ها کمک کند. برای رفع مشکل ابتدا e2fsck را برای بررسی سیستم فایل های ext2,3,4 اجرا کنید. فرض کنید می خواهیم پارتیشن /dev/sda3 را برای مشکلات بررسی کنیم. ابتدا باید پارتیشن را unmounts کنیم.

umount  /dev/sda3 

و سپس دستور e2fsck را بصورت زیر اجرا می کنیم :

e2fsck –f /dev/sda3 

خروجی آن مانند شکل زیر خواهد بود.



سویچ f- باعث می شود حتی اگر سیستم فایل دچار مشکل نباشد(Clean) بازهم بررسی شود.

در صورتی که Superblock پیدا نشود اجرای e2fsck با fatal error خاتمه می یابد. لینوکس چندین کپی از Superblock ها در هر فایل سیستم نگه می دارد، شما می توانید در صورت عدم پیدا شدن Superblock ها از سوئیچ -b برای حل مشکل استفاده کنید. -b معرف Alternative-Superblock یا Superblock یدکی است. محل قرار گیری کپی Superblock با توجه به اندازه بلاک سیستم فایل، متفاوت است :

برای سیستم فایلی با بلاک های 1 کیلو بایتی، یک کپی از Superblock می تواند در بلاک 8193 پیدا شود.
برای سیستم فایلی با بلاک های 2 کیلو بایتی، در بلاک 16384
برای بلاک های 4 کیلو بایتی، در بلاک 32768

با هر یک از دستور های زیر می توانید محل Superblock یدکی را پیدا کنید.

mke2fs  -n  /dev/sda3

dumpe2fs  /dev/sda3 | grep  -i superblock 

برای تعمیر و Repair کردن سیستم توسط Sperblock یدکی دستور زیر را استفاده کنید.

e2fsck –f –b 8139 /dev/sda3 

برای اجرای هر یک از دستور های بالا نیاز به سطح کاربر ریشه دارید.
نویسنده نامی امیر

[Gravity]

سیستم فایل در یونیکس/لینوکس – بخش سوم (لینک ها Links)

لینک ها در یونیکس همان مفهوم Short Cut ویندوز هستند. در خروجی دستور ls لینک با کلمه l در اول خروجی دستور نشان داده می شوند. دو نوع لینک Soft و Hard وجود دارند که تفاوت هایی باهم دارند. هر دارکتوری در لینوکس inode خاص خود را دارد و لینک ها از inode برای پیدا کردن فایل اصلی استفاده می کنند. دستور ln برای ایجاد لینک های Soft و Hard استفاده می شود. هر فایل یونیکسی از دو داده ها و نام فایل تشکیل شده است. داده ها مرتبط با inode هستند و inode نگاشت اینکه داده ها در کجا هستند را بر عهده دارد.

برای درک بهتر، داده ها در غالب فایل ها ذخیره می وند و این داده ها روی هارد قرار می گیرند، وقتی دستور cat file را اجرا می کنید، یونیکس از inode برای پیدا کردن محل و آدرس داده ها روی هارد استفاده میکند و محتوای آنرا نشان می دهد. (از این پست می توانید inode را بخوانید). نام فایل مرتبط با inode number می باشد. البته بک inode می تواند به دو نام متفاوت هم اشاره کند.

تفاوت های بین انواع لینک ها :

لینک های هارد :
با لینک های هارد نمی توان دایرکتوری ها را لینک کرد. فقط در همان سیستم فایلی که هستند مورد دسترس هستند و در صورت انقال آنها یه یک سیستم فایل دیگر (پارتیشن دیگر) قابل استفاده نیستند.
اگر فایل اصلی پاک شود، باز هم به اخرین محتوای فایل اصلی دسترسی داریم.

لینک های نرم :
می توان یک inode را به چندین نام فایل اختصاص داد.
برای لینک دادن میان دایرکتوری ها استفاده می شوند.
می توان در دیگر سیستم فایل ها هم استفاده کرد.
اگر فایل اصلی پاک شوند دیگر از طریق لینک، به فایل اصلی دسترسی نداریم.

چرا با پاک شدن فایل اصلی همچنان می توان به آخرین محتوای آن از طریق هارد لینک دسترسی داشت؟
چونکه inode فایل اصلی و hard link با هم یکی هستند. ولی inode فایل اصلی و soft link متفاوت هستند. برای درک بهتر یک دایرکتوری به نام test بسازید و سپس یک فایل را با دومین دستور در آن ایجاد کنید و محتوایی را در آن بنویسید.

mkdir test

cd tset

echo “in yek file baraye tset link ha dar unix ast” > file 

سپس با دستور زیر یک hard link بسازید.

ln file file2 

و با دستور زیر یک soft link بسازید. (از سوئچ s برای ساخت soft link ها استفاده می شود).

ln  -s  file  file3 

حالا دستور ls -li را اجرا کنید تا بتوانید inode ها را مقایسه کنید. در خروجی زیر می بینید که inode فایل اصلی و هارد لینک باهم یکی هستند ولی inode فایل اصلی و soft link متفاوتند. ( soft و hard لینک ها با s و h مشخص شده اند).



حالا اگر با دستور cat محتوای هر یک از فایل ها را بخوانید و خواهید دید که خروجی همه یکی هستند. اما اگر فایل اصلی را پاک کنید دیگر از طریق soft link دیگر نمی توانید محتوای فایل را بخوانید.
نویسنده نامی امیر