Именами обычных файлов в файловой системе linux могут быть
4.1. Файлы и их имена
Глава 4. Знакомство с файловой системой ext2fs
Теперь, когда вы научились запускать Linux и завершать работу с этой системой, надо познакомиться с устройством одной из основных ее частей — файловой системы. Файловая система — это структура, с помощью которой ядро операционной системы предоставляет пользователям (и процессам) ресурсы долговременной памяти системы, т. е. памяти на различного вида долговременных носителях информации — жестких дисках, магнитных лентах. CD-ROM и т. п.
Подобно луне, которая обращена к нам всегда одной стороной, файловая система тоже обращена к пользователю (может быть, лучше сказать — к приложениям) постоянно одной стороной. С этой, видимой для пользователей стороны, файловая система выглядит как логическая структура каталогов и файлов. Но у нее есть и другая сторона, обращенная к носителям, образующая внутреннее (с точки зрения пользователя) устройство файловой системы. Эта невидимая сторона файловой системы устроена далеко не просто. Дело в том, что она реализует механизмы записи файлов на различные носители, алгоритмы доступа (выборки нужной информации) и многое другое.
В настоящем разделе мы рассмотрим файловые системы только с той стороны, которая обращена к пользователям. Обратную, невидимую для пользователей, сторону файловой системы мы будем изучать в гл. 16 . Надо еще, может быть, отметить, что речь пойдет конкретно о файловой системе типа ext2fs, основном на данный момент типе файловых систем для Linux (существуют и другие типы файловых систем, об этом тоже будет сказано в гл. 16 ).
4.1. Файлы и их имена
Компьютер есть не что иное, как инструмент для обработки информации. А информация в любой ОС хранится на носителях в виде файлов. С точки зрения ОС файл представляет собой непрерывный поток (или последовательность) байтов определенной длины. Внутренний формат файла операционную систему не интересует. Но ОС должна дать файлу какое-то имя, с помощью которого пользователь, а точнее, программы-приложения, будут обращаться к файлу. Как организовать это обращение — дело файловой системы, пользователя это чаще всего не интересует. Поэтому с точки зрения пользователя файловая система выглядит как логическая структура каталогов и файлов.
Имена файлов в Linux могут иметь длину до 255 символов и состоять из любых символов, кроме символа с кодом 0 и символа / (слэша). Однако имеется еще ряд символов, которые имеют в оболочке shell специальное значение и которые поэтому не рекомендуется включать в имена. Это следующие символы:
Можно также заключить имя файла или каталога с такими символами в двойные кавычки. Например, для создания каталога с именем «My old files» следует использовать команду:
[user]$ mkdir «My old files» [user]$ mkdir My old filesсоздаст каталог с именем «My».
Аналогичным образом можно поступать и с другими символами, перечисленными выше, т. е. их можно включать в имена файлов, если имя файла взять в двойные кавычки или отменить специальное значение символа с помощью обратного слэша. Но все же предпочтительнее не использовать эти символы, включая пробел, в именах файлов и каталогов, потому что могут возникнуть проблемы при обращении к таким файлам из некоторых приложений, а также при переносе таких файлов в другие файловые системы.
Но к точке сказанное не относится , и в Linux часто ставят более одной точки в именах файлов, например, This_is.a.forth-chapter_of_my_book.about.Linux. При этом теряет смысл такое понятие (принятое в DOS), как расширение имени файла, хотя все же часто последние части имени, отделенные точками, используют для обозначения файлов каких-то особых типов (например, .tar.gz используется для обозначения сжатых архивов). Но исполняемые и неисполняемые файлы в Linux распознаются не по расширениям имен файлов. Для этого существуют другие признаки, о которых мы скажем чуть позже. Точка имеет особое значение в именах файлов. Если она является первым символом имени, то данный файл считается скрытым для некоторых команд, например, он не показывается при выполнении команды ls .
В Linux различаются символы верхнего и нижнего регистра в именах файлов. Поэтому FILENAME.tar.gz и filename.tar.gz вполне могут существовать одновременно и являться именами разных файлов.
Мы привыкли считать, что файл полностью определяется его именем. Однако с точки зрения ОС и файловой системы это немного не так (точнее, совсем не так). Хотя мы будем говорить о внутреннем устройстве файловой системы только в конце книги ( гл. 16 ), кое-что надо сказать уже сейчас.
Каждому файлу в Linux соответствует так называемый «индексный дескриптор» файла, или «inode», (однозначного перевода этого термина на русский язык не существует, в разных книгах эту структуру называют по-разному). Именно индексный дескриптор содержит всю необходимую файловой системе информацию о файле, включая информацию о расположении частей файла на носителе, типе файла и многое другое. Индексные дескрипторы файлов содержатся в специальной таблице (inode table), которая создается при создании файловой системы на носителе. Каждый логический и физический диск имеет собственную таблицу индексных дескрипторов. Дескрипторы в этой таблицы пронумерованы последовательно, и именно номер дескриптора файла является его истинным именем в системе (этот номер мы будем называть индексом файла). Однако для человека такая система имен неудобна. Сможете ли вы вспомнить, что сохранили в файле с номером 56734? Поэтому файлам даются еще «человеческие» имена, и помимо этого файлы группируются в каталоги.
Приведенная выше информация нужна здесь только для того, чтобы сказать, что имя любого файла в Linux является ни чем иным, как ссылкой на индексный дескриптор файла. Поэтому каждый файл может иметь сколько угодно разных имен. Эти имена называют еще «жесткими» ссылками. Когда вы удаляете файл, имеющий несколько разных имен — жестких ссылок, то фактически удаляется только одна ссылка — та, которую вы указали в команде удаления файла. Даже когда вы удаляете последнюю ссылку, это еще может не означать удаления содержимого файла — если файл еще используется системой или каким-то приложением, то он сохраняется до тех пор, пока он не «освободится».
Для того, чтобы дать файлу (или каталогу) дополнительное имя (создать жесткую ссылку), используется команда ln в следующем формате:
ln имя_существующего_файла новое_имя
[user]$ ln /home/howto/font-HOWTO-ru/Font-HOWTO.htmlздесь и вообще в системе означает домашний каталог пользователя, о котором будет сказано чуть дальше). Теперь можно вместо длинного имени /home/howto/font-HOWTO-ru/Font-HOWTO.html использовать просто
/fonts.html . Подробнее о команде ln вы можете прочитать на странице интерактивного руководства man .
Число жестких ссылок на файл (т. е. разных имен файла) можно узнать, выполнив команду ls с параметром –l . Сразу за перечислением прав доступа к файлу следует число, которое и обозначает число жестких ссылок на файл:
drwxr-xr-x 2 user users 1024 Jul 1 2000 Autostart
-rw-r—r— 1 user users 230 Sep 14 1999 Printer.kdelnk
-rw-r—r— 1 user users 159 Sep 15 1999 Red Hat
В. Костромин (kos at rus-linux dot net) — 4.1. Файлы и их имена Версия для печати
Организация файловой системы
Файл — это понятие, привычное любому пользователю компьютера. Для пользователя каждый файл — это отдельный предмет, у которого есть начало и конец и который отличается от всех остальных файлов именем и расположением («как называется» и «где лежит»). Как и любой предмет, файл можно создать, переместить и уничтожить, однако без внешнего вмешательства он будет сохраняться неизменным неопределенно долгое время. Файл предназначен для хранения данных любого типа — текстовых, графических, звуковых, исполняемых программ и многого другого. Аналогия файла с предметом позволяет пользователю быстро освоиться при работе с данными в операционной системе.
Для операционной системы Linux файл — не менее важное понятие, чем для её пользователя: все данные, хранящиеся на любых носителях, обязательно находятся внутри какого-нибудь файла, в противном случае они просто недоступны ни для операционной системы, ни для её пользователей. Более того, все устройства, подключённые к компьютеру (начиная клавиатурой и заканчивая любыми внешними устройствами, например, принтерами и сканерами) Linux представляет как файлы (так называемые файлы-дырки). Конечно, файл, содержащий обычные данные, сильно отличается от файла, предназначенного для обращения к устройству, поэтому в Linux определены несколько различных типов файлов. В основном пользователь имеет дело с файлами трёх типов: обычными файлами, предназначенными для хранения данных, каталогами и файлами-ссылками, именно о них и пойдёт речь в данной лекции, о файлах других типов см. лекцию Работа с внешними устройствами.
файл Отдельная область данных на одном из носителей информации, у которой есть собственное имя.
Система файлов: каталоги
Файловая система с точки зрения пользователя — это «пространство», в котором размещаются файлы, наличие файловой системы позволяет определить не только «как называется файл», но и «где он находится». Различать файлы только по имени было бы слишком неэффективным: про каждый файл приходилось бы помнить, как он называется и при этом заботиться о том, чтобы имена никогда не повторялись. Более того, необходим механизм, позволяющий работать с группами тематически связанных между собой файлов (например, компонентов одной и той же программы или разных главы одной диссертации). Иначе говоря, файлы нужно систематизировать.
файловая система Способ хранения и организации доступа к данным на информационном носителе или его разделе. Классическая файловая система имеет иерархическую структуру, в которой файл однозначно определяется полным путём к нему.
Linux может работать с различными типами файловых систем, которые различаются списком поддерживаемых возможностей, производительностью в разных ситуациях, надёжностью и другими признаками. Подробнее о работе Linux с разными файловыми системами речь пойдёт в лекции Работа с внешними устройствами. В этой лекции будут описаны возможности файловой системы Ext2/Ext3, на сегодня de facto стандартной файловой системы для Linux.
Большинство современных файловых систем (но не все!) используют в качестве основного организационного принципа каталоги. Каталог — это список ссылок на файлы или другие каталоги. Принято говорить, что каталог содержит в себе файлы или другие каталоги, хотя в действительности он только ссылается на них, физическое размещение данных на диске обычно никак не связано с размещением каталога. Каталог, на который есть ссылка в данном каталоге, называется подкаталогом или вложенным каталогом. Каталог в файловой системе более всего напоминает библиотечный каталог, содержащий ссылки на объединённые по каким-то признакам книги и другие разделы каталога (файлы и подкаталоги). Ссылка на один и тот же файл может содержаться в нескольких каталогах одновременно, это может сделать доступ к файлу более удобным. В файловой системе Ext2 каждый каталог — это отдельный файл особого типа (« d », от англ. «directory»), отличающийся от обычного файла с данными: в нём могут содержаться только ссылки на другие файлы и каталоги.
В файловой системе Linux нет папок и документов. Есть каталоги и файлы, возможности которых куда шире.
Довольно часто вместо термина каталог можно встретить папка (англ. folder). Этот термин хорошо вписывается в представление о файлах как о предметах, которые можно раскладывать по папкам, однако часть возможностей файловой системы, которая противоречит этому представлению, таким образом затемняется. В частности, с термином «папка» плохо согласуется то, что ссылка на файл может присутствовать одновременно в нескольких каталогах, файл может быть ссылкой на другой файл и т. д. В Linux эти возможности файловой системы весьма важны для эффективной работы, поэтому будем всюду использовать более подходящий термин «каталог».
В файловой системе, организованной при помощи каталогов, на любой файл должна быть ссылка как минимум из одного каталога, в противном случае файл просто не будет доступен внутри этой файловой системы, иначе говоря, не будет существовать.
Имена файлов и каталогов
Допустимые имена
Главные отличительные признаки файлов и каталогов — их имена. В Linux имена файлов и каталогов могут быть длиной не более 256 символов, и могут содержать любые символы, кроме « / ». Причина этого ограничения очевидна: этот символ используется как разделитель имён в составе пути, поэтому не должен встречаться в самих именах. Причём Linux всегда различает прописные и строчные буквы в именах файлов и каталогов, поэтому « methody », « Methody » и « METHODY » будут тремя разными именами.
Есть несколько символов, допустимых в именах файлов и каталогов, которые, при этом, нужно использовать с осторожностью. Это — так называемые спецсимволы «*», « \ », « & », « », « > », « ; », « ( », « ) », « | », а также пробелы и табуляции. Дело в том, что эти символы имеют особое значение для любой командной оболочки, поэтому нужно будет специально позаботиться о том, чтобы командная оболочка воспринимала эти символы как часть имени файла или каталога. О специальном значении символа « — » для команд Linux уже шла речь в лекции Терминал и командная строка, там же обсуждалось, как изменить его интерпретацию.
Символ « — » означает, что следующее слово — ключ, а пробелы и табуляции разделяют параметры в командной строке.
О том, зачем командной оболочке нужны спецсимволы, речь пойдёт в лекции Возможности командной оболочки.
Кодировки и русские имена
Как можно было заметить, пока во всех встречавшихся именах файлов и каталогов употреблялись только символы латинского алфавита и некоторые знаки препинания. Это не случайно и вызвано желанием обеспечить, чтобы приводимые примеры совершенно одинаково выглядели на любых системах. В Linux в именах файлов и каталогов допустимо использовать любые символы любого языка, однако такая свобода требует жертв, на которые Мефодий, например, пойти не смог.
Дело в том, что с давних пор каждый символ (буква) каждого языка традиционно представлялся в виде одного байта. Такое представление накладывает очень жёсткие ограничения на количество букв в алфавите: их может быть не больше 256, а за вычетом управляющих символов, цифр, знаков препинания и прочего — и того меньше. Обширные алфавиты (например, иероглифические японский и китайский) пришлось заменять упрощённым их представлением. Вдобавок, первые 128 символов из этих 256 лучше всегда оставлять неизменными, соответствующими стандарту ASCII, включающему латиницу, цифры, знаки препинания и наиболее популярные символы из тех, что встречаются на клавиатуре печатной машинки. Интерпретация остальных 128 символов зависит от того, какая кодировка установлена в системе. Например, в русской кодировке KOI8-R 228-й символ такой таблицы соответствует букве «Д», а в западноевропейской кодировке ISO-8859-1 этот же символ соответствует букве «a» с двумя точками на ней (как у нашей буквы «ё»).
Имена файлов, записанные на диск в одной кодировке, выглядят нелепо, если при просмотре каталога была установлена другая. Хуже того. Многие кодировки заполняют диапазон символов с номерами от 128 то 255 не полностью, поэтому соответствующего символа может вообще не быть! Это означает, что ввести такое искажённое имя файла с клавиатуры (например, для того, чтобы его переименовать) напрямую не удастся, придётся пускаться на разные ухищрения, описанные в лекции Возможности командной оболочки. Наконец, многие языки, в том числе и русский, исторически имеют несколько кодировок.
Мефодий и сам несколько раз получал электронные письма, начинающиеся словами «бНОПНЯ» или «бМХЛЮМХЕ» — результат представления текста, имеющего кодировку CP-1251, в кодировке KOI8-R.
К сожалению, в настоящее время нет стандартного способа указывать кодировку прямо в имени файла, поэтому в рамках одной файловой системы стоит придерживаться единой кодировки при именовании файлов.
Существует универсальная кодировка, включающая символы всех письменностей мира — UNICODE. Стандарт UNICODE в настоящее время получает всё бОльшее распространение и претендует на статус общего для всех текстов, хранящихся в электронной форме. Однако пока он не достиг желаемой универсальности, особенно в области имён файлов. Один символ в UNICODE может занимать больше одного байта — и в этом главный его недостаток, так как множество полезных прикладных программ, отлично работающих с однобайтными кодировками, необходимо основательно или даже полностью перерабатывать для того, чтобы научить их обращаться с UNICODE. Возможно, причина недостаточной распространённости этой кодировки также и в том, что UNICODE — очень громоздкий стандарт, и он может оказаться неэффективным при работе с файловой системой, где скорость и надёжность обработки — очень существенные качества.
Это не означает, что называя файлы, не следует использовать языки, отличные от английского. Пока точно известно, в какой кодировке задано имя файла — проблем не возникнет. Однако Мефодий решил, что гарантий в передаче названного по-русски файла на какую-нибудь другую систему можно добиться только передавая вместе с ним настройку кодировки, даже две: в своей системе и в системе адресата (неизвестно какой!). Другой, гораздо более лёгкий, способ передать файл — использовать в его названии только символы ASCII.
Расширения
Многим пользователям знакомо понятие расширение — часть имени файла после точки, обычно ограничивающаяся несколькими смволами и указывающая на тип содержащихся в файле данных. В файловой системе Linux нет никаких предписаний по поводу расширения: в имени файла может быть любое количество точек (в том числе и ни одной), а после последней точки может быть любое количество символов.
В отличие от старых файловых систем, организованых по принципу «8+3» (DOS, ISO9660 и т. п.), где в имени файла допустимо не более одной точки и расширение может быть не длиннее 3-х символов. Это ограничение определило вид многих из известных сегодня расширений файлов, например, « txt » для текстового файла.
Хотя расширения не обязательны и не навязываются технологией в Linux, они широко используются: расширение позволяет человеку или программе, не открывая файл, только по его имени определить, какого типа данные в нём содержатся. Однако нужно учитывать, что расширение — это только набор соглашений по наименованию файлов разных типов. Строго говоря, данные в файле могут не соответствовать заявленному расширению по той или иной причине, поэтому всецело полагаться на расширение просто нельзя.
Определить тип содержимого файла можно и на основании самих данных. Многие форматы предусмотривают указание в начале файла, как следует интерпретировать дальнейшую информацию: как программу, исходные данные для текстового редактора, страницу HTML, звуковой файл, изображение или что-то другое. В распоряжении пользователя Linux всегда есть утилита file , которая предназначена именно для определения типа данных, содержащихся в файле.
[methody@localhost methody]$ file — -filename-with--filename-with-: ASCII English text
[methody@localhost methody]$ file /home/methody
/home/methody: directory
Пример 1. Определение типа данных в файле
Мефодий, забыв, что содержится в файле « -filename-with- », который он создал на прошлой лекции, хотел было уже посмотреть его содержимое при помощи команды cat . Однако его остановил Гуревич, который посоветовал сначала выяснить, что за данные содержатся в этом файле. Не исключено, что это двоичный файл исполняемой программы, в таком файле могут встречаться последовательности, которые случайно совпадут с управляющими последовательностями терминала. Поведение терминала после этого может стать непредсказуемым, а неопытный Мефодий вряд ли сможет с ним справиться. Мефодий получил вполне точный ответ от утилиты file : в его файле — английский текст в кодировке ASCII. file умеет различать очень многие типы данных и почти наверняка выдаст правильную информацию. Эта утилита никогда не «доверяет» расширению файла (если оно присутствует), и анализирует сами данные. file различает не только разные данные, но и разные типы файлов, в частности, сообщит, если исследуемый не является обычным файлом, а, например, каталогом.
Дерево каталогов
Понятие каталога позволяет систематизировать все объекты, размещённые на носителе данных (например, на диске). В большинстве современных файловых систем используется иерархическая модель организации данных: существует один каталог, объединяющий все данные в файловой системе — это «корень» всей файловой системы, корневой каталог. Корневой каталог может содержать любые объекты файловой системы, и в частности, подкаталоги (каталоги первого уровня вложенности). Те, в свою очередь, также могут содержать любые объекты файловой системы и подкаталоги (второго уровня вложенности) и т. д. Таким образом. всё, что записано на диске — файлы, каталоги и специальные файлы — обязательно «принадлежит» корневому каталогу: либо непосредственно (содержится в нём), либо на некотором уровне вложенности.
Иерархию вложенных друг в друга каталогов можно соотнести с иерархией данных в системе: объединить тематически связанные файлы в каталог, тематически связанные каталоги — в один общий каталог и т. д. Если строго следовать иерархическому принципу, то чем глубже будет уровень вложенности каталога, тем более частным признаком должны быть объединены содержащиеся в нём данные. Если этому принципу не следовать, то вскоре окажется гораздо проще складывать все файлы в один каталог и искать нужный среди них, чем проделывать такой поиск по всем подкаталогам системы. Однако в этом случае о какой бы то ни было систематизации файлов говорить не приходится.
Структуру файловой системы можно представить наглядно в виде дерева, «корнем» которого является корневой каталог, а в вершинах расположены все остальные каталоги.
Здесь имеется в виду дерево в строгом математическом смысле: ориентированный граф без циклов с одной корневой вершиной, в котором в каждую вершину входит ровно одно ребро.
На рис. изображено дерево каталогов, курсивом обозначены имена файлов, прямым начертанием — имена каталогов.
Иллюстрация 1. Дерево каталогов в Linux
В любой файловой системе Linux всегда есть только один корневой каталог, который называется « / ». Пользователь Linux всегда работает с единым деревом каталогов, даже если разные данные расположены на разных носителях: нескольких жёстких или сетевых дисках, съёмных дисках, CD-ROM и т. п.
Это отличается от технологии, применяемой в Windows или Amiga, где для каждого устройства, на котором есть файловая система, используется свой корневой каталог, обозначенный литерой, например « a », « c », « d » и т. д.
Для того, чтобы подключать и отключать файловые системы на разных устройствах в одно общее дерево, используются процедуры монтирования и размонтирования, о которых речь пойдёт в лекции Работа с внешними устройствами. После того, как файловые системы на разных носителях подключены к общему дереву, содержащиеся на них данные доступны так, как если бы все они составляли единую файловую систему: пользователь может даже не знать, на каком устройстве какие файлы хранятся.
Положение любого каталога в дереве каталогов точно и однозначно описывается при помощи полного пути. Полный путь всегда начинается от корневого каталога и состоит из перечисления всех вершин, встретившихся при движении по рёбрам дерева до искомого каталога включительно. Названия соседних вершин разделяются символом « / » («слэш»). В Linux полный путь, например, до каталога « methody » в файловой системе, приведённой на рис. записывается следующим образом: сначала символ « / », обозначающий корневой каталог, затем к нему добавляется « home », затем разделитель « / », за которым следует название искомого каталога « methody », в результате получается полный путь « /home/methody ».
Весьма похожий способ записи полного пути используется в системах Windows, с той разницей, что корневой раздел обозначается литерой устройства с последующим двоеточием, а в качестве разделителя используется символ « \ » («обратный слэш»).
Расположение файла в файловой системе аналогичным образом определяется при помощи полного пути, только последним элементом в данном случае будет не название каталога, а название файла. Например, полный путь до созданного Мефодием файла « -filename-with- » будет выглядеть так: « /home/methody/-filename-with- ».
Полный путь к каталогу формально ничем не отличается от пути к файлу, т. е. по полному пути нельзя сказать наверняка, является ли его последний элемент файлом или каталогом. Чтобы отличать путь к каталогу, иногда используют запись с символом « / » в конце пути: « /home/methody/ ».
Организация каталогов файловой системы в виде дерева не допускает появления циклов: т. е. каталог не может содержать в себе каталог, в котором содержится сам. Благодаря этому ограничению полный путь до любого каталога или файла в файловой системе всегда будет конечным.