Организация системы защиты ввода-вывода

Для координации работы драйверов в подсистеме ввода-вывода выделяется специальный модуль, называемый менеджером ввода-вывода.

Верхний слой менеджера составляют системные вызовы ввода-вывода, которые получают запросы от приложений и переадресуют их определенным драйверам.

Нижний слой реализует взаимодействие с контроллерами внешних устройств, экранируя драйверы от особенностей аппаратной платформы компьютера.

Еще одна функция менеджера ввода-вывода – организация взаимодействия модулей ввода-вывода с модулями других подсистем (управление процессами, виртуальной памятью и т.д.).

13 Логическая организация файловой системы. Иерархическая структура.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с такими данными. Организовать хранение информации на магнитном диске непросто. Это требует, например, хорошего знания устройства контроллера диска, особенностей работы с его регистрами. Непосредственное взаимодействие с диском - прерогатива компонента системы ввода-вывода ОС, называемого драйвером диска. Для того чтобы избавить пользователя компьютера от сложностей взаимодействия с аппаратурой, была придумана ясная абстрактная модель файловой системы. Операции записи или чтения файла концептуально проще, чем низкоуровневые операции работы с устройствами.

Файловая система позволяет при помощи системы справочников (каталогов, директорий) связать уникальное имя файла с блоками вторичной памяти, содержащими данные файла. Иерархическая структура каталогов, используемая для управления файлами, может служить другим примером индексной структуры. В этом случае каталоги или папки играют роль индексов, каждый из которых содержит ссылки на свои подкаталоги. С этой точки зрения вся файловая система компьютера представляет собой большой индексированный файл. Помимо собственно файлов> и структур данных, используемых для управления файлами (каталоги, дескрипторы файлов, различные таблицы распределения внешней памяти), понятие "файловая система" включает программные средства, реализующие различные операции над файлами.

В Linux используются другие файловые системы. В основном, это Ext2 и Ext3 (вторая и третья расширенные файловые системы). Ext3 - это таже Ext2, однако имеющая ряд модернизаций, одной из которых является поддержка журналирования.

Журналируемая файловая система сначала записывает изменения, которые она будет проводить в отдельную часть файловой системы (журнал) и только потом вносит необходимые изменения в остальную часть файловой системы. После удачного выполнения планируемых изменений, записи удаляются из журнала. Все это обеспечивает лучшее сохранение целостности системы и уменьшает вероятность потери данных, особенно в случае непредвиденного выключения компьютера.

Следует отметить, что Linux поддерживает и множество других файловых систем. Таким образом, в Linux можно организовать доступ к Windows-разделам, а вот в Windows, без посторонних средств помощи, "увидеть" разделы Linux невозможно.

В дистрибутивах Linux все несколько иначе. Файловая система едина и имеет лишь один корневой каталог, который обозначается косой чертой - слэш (/). (Здесь следует обратить внимание на отличие от Windows. В последней при формировании полного адреса используется обратная косая черта (\). В Linux при формировании полного имени всегда используется слэш.)

Каждый каталог содержит список каталогов и/или файлов, содержащихся в данном каталоге. Каталоги имеют один и тот же внутренний формат, где каждому файлу соответствует одна запись в файле директории.

Число директорий зависит от системы. В ранних ОС имелась только одна корневая директория, затем появились директории для пользователей (по одной директории на пользователя). В современных ОС используется произвольная структура дерева директорий.

Существует несколько эквивалентных способов изображения дерева. Структура перевернутого дерева наиболее распространена. Верхнюю вершину называют корнем. Если элемент дерева не может иметь потомков, он называется терминальной вершиной или листом (в данном случае является файлом). Нелистовые вершины - справочники или каталоги содержат списки листовых и нелистовых вершин. Путь от корня к файлу однозначно определяет файл.

Подобные древовидные структуры являются графами, не имеющими циклов. Можно считать, что ребра графа направлены вниз, а корень - вершина, не имеющая входящих ребер. Как мы увидим в следующей лекции, связывание файлов, которое практикуется в ряде операционных систем, приводит к образованию циклов в графе.

Внутри одного каталога имена листовых файлов уникальны. Имена файлов, находящихся в разных каталогах, могут совпадать. Для того чтобы однозначно определить файл по его имени (избежать коллизии имен), принято именовать файл так называемым абсолютным или полным именем (pathname), состоящим из списка имен вложенных каталогов, по которому можно найти путь от корня к файлу плюс имя файла в каталоге, непосредственно содержащем данный файл. То есть полное имя включает цепочку имен - путь к файлу, например /usr/games/doom. Такие имена уникальны. Компоненты пути разделяют различными символами: "/" (слэш) в Unix или обратными слэшем в MS-DOS (в Multics - ">"). Таким образом, использование древовидных каталогов минимизирует сложность назначения уникальных имен.

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 жестких или сетевых дисках, съемных дисках, CD-ROM и т.п.). Для того чтобы отключать и подключать файловые системы на разных устройствах в состав одного общего дерева, используются процедуры монтирования и размонтирования. 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 ребрам дерева до искомого каталога включительно. Названия соседних вершин разделяются символом "/" ("слэш"). В Linux полный путь, например, до каталога "methody" в файловой системе, 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").

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.

Иерархия файловых систем

В общем, из чтения текста стандарта можно сделать вывод о том, что в корневой файловой системе обязательно должны целиком (то есть со всем их содержимым) располагаться каталоги /bin, /dev, /etc, /lib, /sbin и, возможно, /root.

Каталог /boot в силу аппаратных ограничений может оказаться необходимым разместить на отдельном разделе диска, расположенном целиком в пределах первых 1024 цилиндров загрузочного диска. Еще одной причиной размещения этого каталога в отдельной файловой системе может оказаться использование файловой системы ReiserFS: ядро не всегда может загружаться из раздела с такой файловой системой [2].

Остальные подкаталоги корневого каталога (home, mnt, opt, tmp, usr, var)могут размещаться в других файловых системах (на других разделах или дисках). Более того, в стандарте явно постулируется, что в каталогах /usr, /opt и /var размещаются такие файлы, которые могут располагаться в других разделах диска или в других файловых системах. Разработчики стандарта советуют в том случае, когда/var не может быть размещен в отдельном разделе диска, переместить каталог /var из корневого раздела в раздел с каталогом /usr. (Иногда это делается с целью уменьшения размера корневого раздела или когда в корневом разделе остается слишком мало места). Однако, /var нельзя делать ссылкой на /usr потому что это затрудняет разделение /usr и /var и может привести к конфликту имен. Лучше уж сделать /var ссылкой на /usr/var.

Что касается каталога /home, то его размещение в отдельном разделе диска в стандарте прямо не оговаривается, но как бы молча подразумевается. Впрочем, такое решение легко обосновать и без ссылок на стандарт. Причем оно не зависит от того, идет ли речь о персональном компьютере или о файловом, предположим, сервере. В обоснование этого вывода можно привести следующие доводы. Рано или поздно, но систему придется переустанавливать или обновлять. Если раздел с программным обеспечением при этом практически безболезненно можно отформатировать (поскольку дистрибутив Linux содержит, как правило, обновленные версии практически всех пакетов ПО и все будет заново поставлено), то домашние каталоги пользователей из дистрибутива не обновишь. Представьте, что ваш домашний каталог администратор почистит без вашего ведома. Так что уж лучше каталог /home не трогать. Поэтому стоит разместить домашние каталоги пользователей в отдельной файловой системе и после переустановки ОС заново смонтировать ее в каталог /home.

Что касается каталога /usr, то, если исходить из приведенной в стандарте рекомендации минимизации корневого раздела, его, вслед за /home, надо выносить в отдельный раздел. Дело в том, что если исключить домашние каталоги пользователей, то именно этот каталог по объему составляет более 90% объема всех каталогов. Это и не удивительно – в нем установлено все программное обеспечение.

Пожалуй, это все, что можно извлечь из текста стандарта относительно разнесения каталогов по разным файловым системам. А уж решение о том, как именно разбить диск на разделы принимает администратор каждой конкретной системы самостоятельно (можно еще учесть рекомендации статей

В заключение хочется еще раз отметить, что речь в статье идет только о требованиях и рекомендациях стандарта FHS, причем стандарта, разработанного с ориентацией на операционные системы Linux и BSD. Даже конкретные дистрибутивы Linux далеко не во всем следуют этому стандарту. Например, в Red Hat Linux версий 7.3 и 8.0 каталог /etc/opt хотя и создан, но пуст, а конфигурационные каталоги пакетов размещаются непосредственно в /etc. Аналогичная ситуация с каталогом /opt - он тоже пуст, а все дополнительное ПО устанавливается, по-видимому, в /usr (по крайней мере то ПО, которое разворачивается из rpm-пакетов). Можно указать и другие отклонения от стандарта. Но все же в основном структура каталогов выдерживается в соответствии с FHS, и я надеюсь, что чем дальше, тем больше будет к нему приближаться. Так что знакомство с этим стандартом безусловно полезно всем пользователям Linux, а тем более разработчикам программного обеспечения для этой операционной системы.

14 Монтирование.

Монтирование файловой системы — процесс, подготавливающий раздел диска к использованию операционной системой.

Операция монтирования состоит из нескольких этапов:^[1]

1. определение типа монтируемой системы;

2. проверка целостности монтируемой системы;

3. считывание системных структур данных и инициализация соответствующего модуля файлового менеджера (драйвера файловой системы);

4. установка флага, сообщающего об окончании монтирования. При корректном размонтировании этот флаг сбрасывается. Если при загрузке система определяет, что флаг не сброшен, значит работа была завершена некорректно, и возможно ФС нуждается в починке;

5. включение новой файловой системы в общее пространство имен.

Устройства, которые в данный момент подключены к компьютеру, можно посмотреть набрав в консоли:

# sudo fdisk -l

Эта команда показывает все устройства, которые подключенны. Они могут быть не примонтированы, но подключены. На экране Вы увидите примерно это:

Диск /dev/sda: 40.0 ГБ, 40020664320 байт
255 heads, 63 sectors/track, 4865 cylinders
Units = цилиндры of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Disk identifier: 0x815aa99a

Пункты таблицы разделов расположены не в дисковом порядке
Диск /dev/sdb: 80.0 ГБ, 80026361856 байт
255 heads, 63 sectors/track, 9729 cylinders
Units = цилиндры of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Disk identifier: 0x973248ad

Устр-во Загр Начало Конец Блоки Id Система
/dev/sdb1 * 1 9729 78148161 83 Linux

Диск /dev/sdc: 1027 МБ, 1027604480 байт
32 heads, 62 sectors/track, 1011 cylinders
Units = цилиндры of 1984 * 512 = 1015808 bytes
Disk identifier: 0x6f20736b

Из листинга выше видно, что к операционной системе подключено:

1. два жестких диска: /dev/sda - операционная система и /dev/sdb - "файловая помойка"

2. сменный USB-носитель: /dev/sdc

Просмотр примонтированых устройств осуществляется командой:

# sudo mount

После этого на экране можно увидеть:

/dev/sda1 on / type reiserfs (rw,relatime,notail) tmpfs on /lib/init/rw type tmpfs (rw,nosuid,mode=0755)
/proc on /proc type proc (rw,noexec,nosuid,nodev)
sysfs on /sys type sysfs (rw,noexec,nosuid,nodev)
varrun on /var/run type tmpfs (rw,nosuid,mode=0755)
varlock on /var/lock type tmpfs (rw,noexec,nosuid,nodev,mode=1777)
udev on /dev type tmpfs (rw,mode=0755)
tmpfs on /dev/shm type tmpfs (rw,nosuid,nodev)
devpts on /dev/pts type devpts (rw,noexec,nosuid,gid=5,mode=620)
fusectl on /sys/fs/fuse/connections type fusectl (rw)
lrm on /lib/modules/2.6.27-14-generic/volatile type tmpfs (rw,mode=755)
/dev/sda3 on /home type ext3 (rw,relatime)
securityfs on /sys/kernel/security type securityfs (rw)
binfmt_misc on /proc/sys/fs/binfmt_misc type binfmt_misc (rw,noexec,nosuid,nodev)
gvfs-fuse-daemon on /home/user/.gvfs type fuse.gvfs-fuse-daemon (rw,nosuid,nodev,user=user)
/dev/sdc on /media/USBFlash type vfat (rw,nosuid,nodev,uhelper=hal, shortname=mixed,uid=1000,utf8, umask=077,flush)

· в первой строке сообщается, что в качестве корневой ФС выступает файловая система reiserfs с параметрами монтирования: доступ на чтение и запись (rw)

· /dev/sda3 — это раздел диска /home

· /dev/sdc — это примонтированное сменное USB-устройство

Этого же результата можно достигнуть посмотрев содержимое файла /etc/mtab (в некоторых системах Linux файл называется /etc/mnt/tab)

# cat /etc/mtab