差分
/* tmpfs、ramfsファイルシステム */
== ファイルシステムの構造 ==
=== ツリー構造 ===
Unixのファイルシステムは/を頂点にしたツリー構造です。Windows系のオペレーティングシステムではC:といったようにハードウェアである「ドライブ」を意識した構造になっていますが、Unixでは/を頂点にしたきれいなツリー構造になっています。ディレクトリとはパソコンで言う所のフォルダです。ディレクトリがファイルの属性情報を知っています。ファイル自体はデータのみ入っています。先頭から連続したバイト列になっています。むかしファイルといえば大型汎用機のファイル構成しかなかった時代では説明するのが大変でしたが、今、この辺りは既に感覚的に馴染んでいるので、特に説明する必要はないでしょう。
まずは/にどんなファイルやディレクトリがあるかコマンドlsで見てみましょう。オプション-Fは名前の後ろにキャラクタをつけて、それがファイルなのかディレクトリなのか、あるいは他の属性を持つのかを表現してくれます。
<pre class="bash">
$ ls -F /
bin/ dev/ home/ lost+found/ proc/ tmp/ vmlinuz@
boot/ etc/ initrd/ mnt/ root/ usr/
cdrom/ floppy/ lib/ opt/ sbin/ var/
</pre>
; 調べてみよう : Linuxの標準的ファイルシステム階層のスペック(Filesystem Hierarchy Standard)はLinuxファンデーションがドキュメント化しています。<ref>
Filesystem Hierarchy Standard, ''FHS 2.3 was released January 29, 2004.''
http://refspecs.linuxfoundation.org/fhs.shtml
</ref>
* 主要なディレクトリの意味
** /bin : システムに最小限必要なコマンド群
** /dev : デバイススペシャルファイル群
** /home : 一般ユーザのディレクトリ
** /lost+found : 破損したファイルの断片を退逃させる (これはファイルシステムが作成するものでLinuxのファイルシステム階層には含まれない）
** /proc : システムの状況やパラメータをやり取りするファイルのように見せかけたインタフェース
** /tmp : テンポラリディレクトリ
** /boot : ブート時に使用するカーネルが入っている
** /etc : 各種システム設定ファイルのディレクトリ
** /root : ユーザrootのディレクトリ
** /usr : システムに必要なディレクトリ群が入っているディレクトリ
** /sbin : システム管理者に最低限必要なコマンド群
** /lib : システムに最低限必要なライブラリ群
** /var : ログファイルやスプールなど用のディレクトリ
むかしのUNIXではディレクトリは特殊なファイルで、catをすると本当に中身を表示できました。現在ではディレクトリはファイルではなく、ディレクトリという特別なファイルシステム上のノード情報という位置付けになっています。これはUNIXのファイルシステムが抽象化されたレイヤ構造になったためです。
=== ファイルシステムのマウント ===
まずハードディスクのパーティションを設定し、各々のパーティション上にファ
わかります。このディレクトリをマウントポイントと呼びます。
<pre class="bash">
$ df
Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/hda1 28834716 1593820 25776172 6% /
/dev/hda2 48062468 4817440 40803552 11% /home
</pre>
/dev/hda1は、IDE 0 Master に接続されるハードディスクの最初のパーティショ
ンのことで、hda2は2番目のパーティションを意味しています。ハードディス
:調べてみよう| Linux以前のUnixも一つのオペレーティングシステムは主たるファイルシステムは1つだけでした。それは何故でしょう。
ファイルシステムの構築とマウントは非常に簡単です。ハードディスクを指定
してフォーマットし、それとマウントポイントとなるディレクトリへマウント
するだけです。
=== inode ===
できません。ls -iを使えばinode番号が表示されます。
<pre class="bash">
$ ls -i *.txt
540463 memo.txt 540446 section-4.txt 540452 section-8.txt
540416 section-2.txt 540420 section-6.txt
540443 section-3.txt 540447 section-7.txt
</pre>
inode番号はディレクトリ中にあるファイル名とinode番号を管理するデータ構造
これはLinuxのような今日的なUnix系のオペレーティングシステムでは、
複数のファイルシステムの方式を同時に持っているからです。
=== VFS ===
[[File:Filesystem-layer-1.png|thumb|right|300px|VFSレイヤ概念図]]複数のファイルシステム方式があるのに、何故ユーザは統一したインタフェースでファイルにアクセスできるのでしょう複数のファイルシステム方式があるのに、何故ユーザは統一したインタフェースでファイルにアクセスできるのでしょう? それはVFS (Virtual FileSystem)
<ref>VFSに関する資料 http://www.valinux.co.jp/docs/pdf/D-2.pdf</ref>
が用意されているからです。
== ファイルシステム ==
ここでは下位レイヤでのファイルシステムを個別に説明します。
その前に、現在利用しているGNU/Linuxのシステムがどのようなファイルシステムをサポートしているのかを確認する時は /proc/filesystems を参照するとわかります。
<pre class="bash">
% cat /proc/filesystems
</pre>
=== ext2 ファイルシステム ===
<ref>ext2に関する資料
http://www.linux.or.jp/JF/JFdocs/Filesystems-HOWTO-6.html</ref>
は正式名称Second Extented Filesystemといい、ext2fsとも書きます。Linux のために開発されたファイルシステムです。とも書きます。Linuxのために開発されたファイルシステムです。前身である前身である Ext ファイルシステムの次のバージョンと位置づけられます。最大ファイルシファイルシステムの次のバージョンと位置づけられます。現在も /boot のファイルシステムは ext2 ファイルシステムを利用しているディストリビューションが多くあります。ステムサイズ4TB、最大ファイルサイズ2GB 最大ファイルシステムサイズ4TB (カーネル2.6からは32TB)、最大ファイルサイズ2GB まで扱えます。
ext2ファイルシステムはファイルの読み書きで良い局所性を出すための工夫がされています。
書き出しが行われる時、同じブロックグループ内で、隣接する8ブロックを先行して割り当てするので、連続しての書き込みの効率があがります。
このような書き方をするので当然、連続しての読み込みをする際のヒット率が高くなります。
ext3
<ref>ext3に関する資料 http://www.valinux.co.jp/docs/pdf/D-3.pdf</ref>
ext2 をベースにジャーナリングファイルシステム(Journaling Filesystem)に拡張したものです。
ジャーナリングファイルシステムとはメタデータと呼ばれるファイル属性などの変更履歴をジャーナルログに記録しておき、ファイルシステムの整合をチェックする時は、そのジャーナルを使う方式です。
ext2 ファイルシステムのように整合性をチェックするためにファイルシステム全部を走査する必要がないので高速に処理ができます。
最大ファイルシステムサイズ4TB、最大ファイルサイズ4TBまで扱えます。
=== JFS / ReiserFS / XFS ===
JFS は IBM の AIX、
XFS はシリコングラフィックス社の IRIX といった実績のあるUNIX系OSで使われていたものであり、
それが Linux に移植され利用されるに至っています。
JFS にしても XFS にしても、これらの能力を最大限に生かしきるのはサーバやクラスタといったエンタープライズ環境であり、
熟練オペレーターによる運用が行われる場合、これらのエンタープライズ環境で必須な障害からの復帰などの能力や特性を十分に活かすことが出来るでしょう。
; 補足 : 日常利用するディスクトップのレベルであれば、GNU/Linuxのディストリビューションがデフォルトで選択するファイルシステムで十分な能力を発揮します。
=== ext4 ===
ext4 は ext3の後継として作られたファイルシステムです。カーネル2.6.19 から正式採用しています。ext4 のファイルシステムは1EB、ファイルサイズは16TBのサイズをサポートしています。 同時期に存在していた競合していたJFSやXFSファイルシステムから良い点を導入しするなど新しい機能や拡張を行い、また安定性も十分に備え、ext3に比べて大きく進化しています。 たとえばパフォーマンスに関してはブロックの遅延アロケーションが可能になりました。これはなるべくディスク上の物理ブロックを連続に確保するために書き込みを遅滞させます。連続した物理ブロックに書き込むことが出来るようになり、その後にファイルをリードする際に高速に読み込むことが出来るようになります。ファイルサイズが最初にわかっている場合はファイルのプリアロケーションの機能を使いディスク上の物理ブロックを予め確保することが出来ます。 他にもたくさんの新しい機能があります。調べるには下記の資料が役に立つでしょう。 <ref>ext3に関する資料 http* RED HAT ENTERPRISE LINUX ストレージ管理ガイド [https://wwwaccess.valinux.coredhat.com/documentation/ja-jp/docsred_hat_enterprise_linux/pdf6/Dhtml/storage_administration_guide/ch-3ext4 第6章 EXT4 ファイルシステム] * IBM seveloperWorks チュートリアル Linux ext4 の徹底調査 [https://www.pdf<ibm.com/ref>developerworks/jp/linux/library/l-anatomy-ext4/index.html 第 4 世代拡張ファイルシステム、ext4 の紹介 ]ext2をベースにジャーナリングファイルシステム(Journaling Filesystem)に拡張したものです。ジャーナリングファイルシステムとはメタデータと呼ばれるファイル属性などの変更履歴をジャーナルログに記録しておき、ファイルシステムの整合をチェックする時は、そのジャーナルを使う方式です。ext2ファイルシステムのように整合性をチェックするためにファイルシステム全部を走査する必要がないので高速に処理ができます。最大ファイルシステムサイズ4TB、最大ファイルサイズ4TBまで扱えます。=== Reiser4 / NILFS2 / Btrfs ===
JFSやXFSやReiserFSの次の世代のファイルシステムです。
(TBD)
=== ISO9660 ファイルシステム ===
=== tmpfs、ramfsファイルシステム ===
その他にもLiveCDのようにハードディスクを使えないような場合に、メモリ上にファイルシステムを構築する際に利用されます。
; 補足 : ramfsは物理的メモリしか使わないのに対し、tmpfsは仮想記憶上に取られます。つまりtmpfsは、システムの物理的記憶空間が足りなくなってきた場合、内容をスワップします。そのため、搭載している物理的メモリよりも大きなエリアを取ることも可能です。
=== JFFS / JFFS2 ===
USBストレージやSDカードなどフラッシュメモリを使った記憶装置をファイルシステムとして使うためのフラッシュ・ファイルシステムがLinuxには用意されています
<ref>
Linux フラッシュ・ファイルシステムの徹底調査 さまざまな選択肢とそのアーキテクチャー
https://www.ibm.com/developerworks/jp/linux/library/l-flash-filesystems/index.html
</ref>
。
フラッシュ・ファイルシステムとして
JFFS (Journaling Flash File System)、
JFFS2 (Journaling Flash File System 2)、
YAFFS2 (Yet Another Flash File System 2)
などがあります。
JFFSは現在では使われておらず、後継のJFFS2が利用されています。
フラッシュメモリ(ここではUSBストレージやSDカードに使われているNAND フラッシュ･デバイスとします)には書き込みや読み込みはハードディスクと違う動作を必要としますし、またフラッシュメモリには書き換え上限があり同じ場所で書き込みを繰り返し上限に達すると、その場所が書き込めなくなるります。そのためフラッシュメモリに特化したファイルシステムが用意されています。
一方で近年ではSDカードやUSBストレージのハードウェアも進化し特別なファイルシステムがなくとも効率よく、かつ寿命が伸びる仕組みを取り入れているのでSDカードやUSBストレージを使っているからといって必ずJFFS2のようなファイルシステムが必要であるというわけではない状況になって来ています。たとえばAndroidの場合、古くはJFFS2でしたが後にext4に切り替えています。
=== ネットワークファイルシステム ===
==== NFS ====
NFS (Network filesystem) はUnixで最初に使われたネットワークを経由してファイルシステムをマウントする仕組みです。
NFSの仕様はUNIXだけではなく抽象化したファイルシステムとなっています。
たとえば異なるUnixの種類同士
(例えばFreeBSDのファイルシステムとLinuxとか、あるいはSUN SolarisとSystemV IIIとか)、
あるいはUnixとWindowsといったファイルシステムの種類の異なるものでもネットワークを介して共有することができます。
LANで接続されたコンピュータ間でファイルを共有することを想定しています。
==== CODA ====
CODA
上がっています。
== ハードリンクとシンボリックリンク ===
さて予備知識が必要なために、少々後回しになりましたがハードリンクとシンボリックリンクの話を始めます。
<pre class="bash">
$ echo 'abcd' > i
$ cat i
$ cat t
cat: t: そのようなファイルやディレクトリはありません
</pre>
ているので、ファイルの中身はまだ存在しています。
<pre class="bash">
$ echo 'abcd' > i
$ ln i t
合計 4
8488913 -rw-r--r-- 1 hironobu hironobu 5 2005-11-21 20:14 t
</pre>
ル実体への参照リンク数を表しています。最初のiとtがある時は、その実体を
参照している数は2です。ファイルiを消すと、数が減るので1になります。
== 脚注 ==
<references/>
----
[[目次]]へ
