File systems (Русский)

Состояние перевода: На этой странице представлен перевод статьи File systems. Дата последней синхронизации: 28 января 2024. Вы можете помочь синхронизировать перевод, если в английской версии произошли изменения.

Из Википедии:

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов (и каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Отдельные разделы дисков можно настроить с использованием одной из множества доступных файловых систем. У каждой есть свои преимущества, недостатки и уникальные особенности. Ниже приведён краткий обзор поддерживаемых файловых систем; также и ссылки на страницы Википедии, которые предоставляют гораздо больше информации.

Типы файловых систем

Смотрите filesystems(5) для общего обзора и сравнение файловых систем в Википедии для подробного сравнения функций. Файловые системы, поддержка которых встроена в ядро или для которых загружены модули, перечислены в /proc/filesystems. Список доступных модулей, предоставляющих поддержку для различных файловых систем, можно посмотреть с помощью команды ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs.

Встроенные (in-tree) и FUSE файловые системы
Файловая система	Команда создания	Утилиты пользовательского пространства	Archiso [1]	Документация ядра [2]	Примечания
Bcachefs	bcachefs(8)	bcachefs-tools	Да		Доступна в Linux 6.7+, экспериментальная
Btrfs	mkfs.btrfs(8)	btrfs-progs	Да	btrfs.html	Статус стабильности
VFAT	mkfs.fat(8)	dosfstools	Да	vfat.html	Файловая система Windows 9x
exFAT	mkfs.exfat(8)	exfatprogs	Да		Поддержка встроена в Linux с версии 5.4 [3]
exFAT	mkexfatfs(8)	exfat-utils	Нет	н/д (на основе FUSE)
F2FS	mkfs.f2fs(8)	f2fs-tools	Да	f2fs.html	Ориентирована на использование с флеш-памятью
ext3	mkfs.ext3(8)	e2fsprogs	Да	ext3.html
ext4	mkfs.ext4(8)	e2fsprogs	Да	ext4.html
HFS	mkfs.hfsplus(8)	hfsprogs^AUR	Нет	hfs.html	Файловая система классической Mac OS
HFS+	mkfs.hfsplus(8)	hfsprogs^AUR	Нет	hfsplus.html	Файловая система macOS (8–10.12)
JFS	mkfs.jfs(8)	jfsutils	Да	jfs.html
NILFS2	mkfs.nilfs2(8)	nilfs-utils	Да	nilfs2.html	Для использования с raw-доступом к флеш-памяти, например для SD-карт
NTFS			Да	ntfs3.html	Файловая система Windows NT. Новый драйвер, встроенный в Linux с версии 5.15.
		ntfs-3g[4]	Нет	ntfs.html^{[устаревшая ссылка 2024-07-30 ⓘ]}	Старый драйвер. Имеет очень ограниченную поддержку записи. Официальные ядра собираются без `CONFIG_NTFS_FS`, поэтому этот драйвер недоступен.
	mkfs.ntfs(8)	ntfs-3g[4]	Да	н/д (на основе FUSE)	FUSE-драйвер с дополнительными возможностями.
ReiserFS	mkfs.reiserfs(8)	reiserfsprogs	Да		ReiserFS объявлена устаревшей в Linux 5.18 и будет удалена в 2025 году.
UDF	mkfs.udf(8)	udftools	Да	udf.html
XFS	mkfs.xfs(8)	xfsprogs	Да	xfs.html xfs-delayed-logging-design.html^{[устаревшая ссылка 2024-03-03 ⓘ]} xfs-self-describing-metadata.html^{[устаревшая ссылка 2024-03-03 ⓘ]}	Нельзя уменьшить размер

Сторонние (out-of-tree) файловые системы
Файловая система	Команда создания	Патчи для ядра	Утилиты пользовательского пространства	Примечания
APFS	mkapfs(8)	linux-apfs-rw-dkms-git^AUR	apfsprogs-git^AUR	Файловая система macOS (10.13 и новее). Поддержка экспериментальная, только для чтения. Смотрите также apfs-fuse-git^AUR — FUSE-версия.
Reiser4	mkfs.reiser4(8)		reiser4progs^AUR
ZFS		zfs-linux^AUR, zfs-dkms^AUR	zfs-utils^AUR	Порт OpenZFS

Журналирование

Все вышеупомянутые файловые системы, за исключением ext2, FAT16/32, Reiser4 (опционально), Bcachefs, Btrfs и ZFS, используют ведение журнала. Журналирование обеспечивает отказоустойчивость путём записывания изменений в журнал перед фактическим изменением файловой системы. В случае сбоя системы или сбоя питания такие файловые системы быстрее возвращаются в работу и реже оказываются повреждёнными. Ведение журнала происходит в отдельной области файловой системы.

Не все методы ведения журнала одинаковы. Ext3 и ext4 предлагают журналирование в режиме данных, при котором в журнал записываются как данные, так и метаданные, а также возможность вести журнал только изменений метаданных. Журналирование в режиме данных снижает скорость и не включено по умолчанию. В том же ключе Reiser4 предлагает так называемые «модели транзакций», которые меняют не только предоставляемые возможности, но и режим журналирования. В ней используются различные методы журналирования: специальная модель «блуждающих журналов» («wandering logs»), избавляющая от необходимости записывать данные на диск дважды, «запись везде» («write-anywhere») — чистое копирование при записи (в основном эквивалентное используемому по умолчанию Btrfs, но с принципиально иной конструкцией «дерева») и комбинированный подход, который эвристически чередует два первых.

Примечание: Reiser4 обеспечивает поведение журналирования, почти эквивалентное стандартному поведению ext4 (только метаданные), с помощью плагина node41, который также поддерживает метаданные и встроенные контрольные суммы, а также поведение «блуждающих журналов», которое он предоставляет, в зависимости от того, какая модель транзакций выбрана во время монтирования.

Другие файловые системы обеспечивают упорядоченное ведение журнала (ordered-mode), при котором записываются только метаданные. Хотя любое журналирование позволяет восстановить файловую систему после сбоя, журналирование в режиме данных обеспечивает максимальную защиту от повреждений и потери данных. Однако это влияет на производительность системы, поскольку журналирование в режиме данных выполняет две операции записи: сначала в журнал, а затем на диск (Reiser4 избегает это с помощью «блуждающих журналов»). При выборе типа файловой системы следует учитывать компромисс между скоростью системы и безопасностью данных. Reiser4 — единственная файловая система, которая реализует полную атомарность, а также контрольные суммы как для метаданных, так и для встроенных данных (операции либо полностью выполняются, либо полностью не выполняются, не повреждая данные наполовину выполненной операцией) и поэтому гораздо менее подвержена потере данных, чем другие файловые системы, например Btrfs.

Файловые системы, основанные на механизме копирования при записи (copy-on-write или write-anywhere), такие как Reiser4, Bcachefs, Btrfs и ZFS, не нуждаются в использовании традиционного журнала для защиты метаданных, потому что они никогда не обновляют данные в том же месте. Хотя Btrfs всё ещё имеет дерево, подобное журналу, оно используется только для ускорения работы fdatasync/fsync.

Файловые системы на основе FUSE

Смотрите статью FUSE (Русский).

Штабелируемые файловые системы

eCryptfs — корпоративная криптографическая файловая система представляет собой пакет программного обеспечения для шифрования диска Linux. Он реализует шифрование на уровне файловой системы, совместимый с POSIX, с целью предложить функциональность, аналогичную функции GnuPG на уровне операционной системы.

https://ecryptfs.org || ecryptfs-utils

mergerfs — объединенная файловая система на основе FUSE.

https://github.com/trapexit/mergerfs || mergerfs^AUR

mhddfs — файловая система Multi-HDD FUSE, объединенная на основе FUSE.

http://mhddfs.uvw.ru || mhddfs^AUR

overlayfs — это служба файловой системы для Linux, которая реализует объединение для монтирования других файловых систем.

https://docs.kernel.org/filesystems/overlayfs.html || linux

unionfs-fuse — реализация пользовательского пространства Unionfs.

https://github.com/rpodgorny/unionfs-fuse || unionfs-fuse^AUR

Файловые системы только для чтения

EROFS — Enhanced Read-Only File System — легковесная файловая система только для чтения, направленная на улучшение производительности и сжатия.

https://docs.kernel.org/filesystems/erofs.html || erofs-utils

SquashFS — Файловая система, хранящая данные в сжатом виде только для чтения. SquashFS сжимает файлы, индексные дескрипторы и каталоги, а также поддерживает блоки размером до 1 МиБ для лучшего сжатия.

https://github.com/plougher/squashfs-tools || squashfs-tools

Кластерные файловые системы

BeeGFS — Параллельная файловая система, разработанная и оптимизированная для высокопроизводительных вычислений.

https://www.beegfs.io/c/ || beegfs-client^AUR

Ceph — Унифицированная распределённая система хранения, разработанная для отличной производительности, надёжности и масштабируемости.

https://ceph.com/ || ceph^AUR

Glusterfs — Кластерная файловая система, способная масштабироваться до нескольких петабайт.

https://www.gluster.org/ || glusterfs

IPFS — Одноранговый протокол гипермедиа, чтобы сделать Интернет более быстрым, безопасным и открытым. IPFS нацелена на замену HTTP и создание лучшей сети для всех нас. Использует блоки для хранения частей файла, каждый сетевой узел хранит только интересующий контент, обеспечивает дедупликацию, распространение, масштабируемую систему, ограниченную только пользователями. (В настоящее время в alpha)

https://ipfs.io/ || kubo

MinIO — Высокопроизводительное объектное хранилище, совместимое с S3.

https://min.io || minio

MooseFS — Отказоустойчивая, высокодоступная и высокопроизводительная сетевая распределённая файловая система.

https://moosefs.com || moosefs

OpenAFS — Открытая реализация распределённой файловой системы AFS

https://www.openafs.org || openafs^AUR

OrangeFS — Масштабируемая сетевая файловая система, предназначенная для прозрачного доступа к дисковой памяти на нескольких серверах параллельно. Имеет оптимизированную поддержку MPI-IO для параллельных и распределённых приложений. Упрощает использование параллельного хранения не только для клиентов Linux, но и для Windows, Hadoop и WebDAV. POSIX-совместимая. Часть ядра Linux, начиная с версии 4.6.

https://www.orangefs.org/ || not packaged? search in AUR

Sheepdog — Распределённая объектная система хранения данных для сервисов томов и контейнеров, интеллектуально управляющая дисками и узлами.

https://sheepdog.github.io/sheepdog/ || sheepdog^AUR

Tahoe-LAFS — Tahoe Least-Authority File Store — это бесплатное и открытое, безопасное, децентрализованное, отказоустойчивое, одноранговое распределённое хранилище данных и распределённая файловая система.

https://tahoe-lafs.org/ || tahoe-lafs^AUR

Файловые системы с общим доступом к диску

GFS2 — GFS2 позволяет всем участникам кластера иметь прямой параллельный доступ к одному и тому же общему блочному хранилищу.

https://pagure.io/gfs2-utils || gfs2-utils^AUR

OCFS2 — The Oracle Cluster File System (версия 2) — файловая система с общим дисковым пространством, разработанная корпорацией Oracle и выпущенная под лицензией GNU GPL.

https://oss.oracle.com/projects/ocfs2/ || ocfs2-tools^AUR

VMware VMFS — Virtual Machine File System — используется во vSphere — флагманском пакете компании для виртуализации серверов.

https://www.vmware.com/products/vi/esx/vmfs.html^{[устаревшая ссылка 2024-07-30 ⓘ]} || vmfs-tools^AUR

Определение существующих файловых систем

Чтобы определить существующие файловые системы, вы можете использовать lsblk:

$ lsblk -f

NAME   FSTYPE LABEL     UUID                                 MOUNTPOINT
sdb
└─sdb1 vfat   Transcend 4A3C-A9E9

Существующая файловая система, если она есть, будет показана в столбце FSTYPE. Если она смонтирована, то она появится в столбце MOUNTPOINT.

Создание файловой системы

Файловые системы обычно создаются на разделе, внутри логических контейнеров, таких как LVM, RAID и dm-crypt, или в обычном файле (смотрите Wikipedia:Loop device). В этом разделе описывается создание файловой системы на разделе.

Примечание: Можно создать файловую систему без разделов на всём диске целиком, что называют «superfloppy» или неразмеченный (безраздельный, partitionless) диск. С этим методом связаны определённые ограничения, особенно при загрузке с такого диска. Пример есть в разделе Btrfs (Русский)#Диск Btrfs без разделов.

Важно:

После создания новой файловой системы данные, ранее сохраненные на этом разделе, вряд ли можно будет восстановить. Создайте резервную копию любых данных, которые вы хотите сохранить.
Цель использования раздела может ограничить выбор файловой системы. Например, системный раздел EFI должен содержать файловую систему FAT32, а файловая система, содержащая каталог /boot, должна поддерживаться используемым вами загрузчиком.

Прежде чем продолжить, определите устройство, в котором будет создана файловая система, и проверьте, не примонтировано ли оно. Например:

$ lsblk -f

NAME   FSTYPE   LABEL       UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1                      C4DA-2C4D
├─sda2 ext4                 5b1564b2-2e2c-452c-bcfa-d1f572ae99f2 /mnt
└─sda3                      56adc99b-a61e-46af-aab7-a6d07e504652

Перед продолжением необходимо размонтировать файловую систему. В приведённом выше примере существующая файловая система находится на /dev/sda2 и монтируется в /mnt. Размонтировать можно командой:

# umount /dev/sda2

Чтобы найти только смонтированные файловые системы, смотрите #Список смонтированных файловых систем.

Чтобы создать новую файловую систему, используйте mkfs(8). Смотрите #Типы файловых систем для точного типа, а также утилиты пользовательского пространства, которые вы, возможно, захотите установить для конкретной файловой системы.

Например, чтобы создать новую файловую систему типа ext4 (обычно для разделов данных Linux) на /dev/sda1, запустите:

# mkfs.ext4 /dev/sda1

Совет:

Используйте флаг -L mkfs.ext4, чтобы указать метку файловой системы. e2label можно использовать для изменения метки в существующей файловой системе.
Размер файловых систем можно изменить после создания, но с определёнными ограничениями. Например, размер файловой системы XFS можно только увеличить, но не уменьшить. Для получения дополнительной информации смотрите Возможности изменения размера и документацию интересующей вас файловой системы.

Новая файловая система теперь может быть смонтирована в желаемый каталог.

Монтирование файловой системы

Чтобы вручную смонтировать файловую систему, расположенную на устройстве (например, раздел) к каталогу, используйте mount(8). В этом примере монтируется /dev/sda1 в /mnt.

# mount /dev/sda1 /mnt

Это прикрепляет файловую систему раздела /dev/sda1 в каталог /mnt, делая содержимое файловой системы видимым. Любые данные, существовавшие в /mnt перед этим действием, становятся невидимыми до тех пор, пока устройство не будет размонтировано.

fstab содержит информацию о том, как устройства должны автоматически монтироваться, если они присутствуют. Для получения дополнительной информации о том, как изменить это поведение, смотрите статью fstab.

Если устройство указано в /etc/fstab и в команду mount передаётся только устройство или точка монтирования, то остальные параметры монтирования будут взяты из этого файла. Например, если /etc/fstab содержит строку, указывающую, что /dev/sda1 должен быть смонтирован в /mnt, тогда такие команды mount будут автоматически монтировать это устройство в этот каталог:

# mount /dev/sda1

Или

# mount /mnt

mount содержит несколько параметров, многие из которых зависят от указанной файловой системы. Параметры могут быть изменены через:

использование флагов в командной строке с mount
редактирование fstab
создание правил udev
самостоятельное компилирование ядра
или скрипты монтирования, специфичные файловой системы (расположенные в /usr/bin/mount.*).

Более подробную информацию смотрите в связанных статьях и статье интересующей файловой системы.

Совет:

Файловые системы также можно монтировать с помощью команды systemd-mount вместо mount. Если точка монтирования не указана, то файловая система будет смонтирована в /run/media/system/идентификатор_устройства/. Это позволяет легко смонтировать файловую систему без необходимости решать, куда её монтировать. Использование и подробности описаны в systemd-mount(1).
Для монтирования файловых систем от имени обычного пользователя можно использовать udisks. Он также позволяет выполнять монтирование без прав суперпользователя и может использоваться через графический интерфейс, например, в файловых менеджерах, использующих udisks.

Список смонтированных файловых систем

Чтобы увидеть все смонтированные файловые системы, используйте findmnt(8):

$ findmnt

findmnt принимает множество аргументов, которые могут фильтровать вывод и отображать дополнительную информацию. Например, в качестве аргумента может принимать устройство или точку монтирования для отображения только информации о том, что указывается:

$ findmnt /dev/sda1

findmnt собирает информацию из /etc/fstab, /etc/mtab и /proc/self/mounts.

Размонтирование файловой системы

Чтобы размонтировать файловую систему, используйте umount(8). Можно указать либо устройство, содержащее файловую систему (например, /dev/sda1), либо точку монтирования (например, /mnt):

# umount /dev/sda1

или

# umount /mnt

Решение проблем

"linux Structure needs cleaning"

Размонтируйте файловую систему и выполните fsck для проблемного тома.

Смотрите также