Команди роботи з файловими системами

badblocks [опції] пристрій

– використовується для пошуку поганих блоків на пристрої.

/etc/init.d/autofs start|stop|reload

– сценарій управління автоматичним монтуванням. В системі Linux autofs

– керується роботою демонів automount(8).

dumpe2fs [опції] пристрій

– вивід інформації про суперблок та групу блоків файлової системи на пристрої.

e2image [ -r ] пристрій image-file

– зберігання критичних даних файлової системи у файл image-file.

fsck [опції] [пристрій | каталог]

– перевірка файлової системи на помилки (filesystem check).

mkfs [опції] пристрій

– створення нової файлової системи (make filesystem)

mkswap [опції] пристрій [розмір]

– створення області swap в Linux

mount [ключи] [-t vfstype] [-o options] пристрій каталог

umount пристрій | каталог

– монтування та розмотування файлової системи.

tune2fs device

– конвертування файлової системи в ext2.

1.2.5 Система управління логічними томами (Logical Volume Manager)

LVM або менеджер логічних томів – система управління дисковим простором, що дозволяє абстрагуватися від управління фізичними пристроями. Вона дозволяє ефективно використати і легко управляти дисковим простором. У логічних томів, створених за допомогою LVM, можна легко змінити розмір, а їх назви можуть нести деяке смислове навантаження, на відміну від традиційних "/dev/hda" або "/dev/sda".

Система управління логичесикми томами особливо корисна в роботі з серверами, оскільки забезпечує масштабованість. Вона спрощує планування дискового простору і запобігає проблемам, що виникають при несподівано швидкому зростанні зайнятого місця в розділах.

Реалізація менеджерів логічних томів існує практично в усіх UNIX-подібних операційних системах. Часто вони сильно відрізняються в реалізації, але усі вони засновані на однаковій ідеї. Одна з поширених реалізацій була виконана Open Software Foundation.

Фізичний том – зазвичай, це розділ жорсткого диска(чи увесь жорсткий диск) або пристрій, який працює аналогічно розділу, наприклад облаштування RAID(у тому числі і програмний).

Логічний том – один або більше фізичних томів утворюють логічний том. Логічний том LVM ідеологічно подібний до розділу жорсткого диска не-LVM системи. Логічний том може містити файлову систему, наприклад /home або /usг.

Група томів – один і більше логічних томів утворюють групу томів. Група томів LVM ідеологічно подібна до жорсткого диска в не-LVM системі. Група томів формує з безлічі логічних томів адміністративну одиницю.

Кожен фізичний том ділиться на частини, які називаються фізичними екстентами (Physical Extents, РЕ). Розмір фізичних екстентів може варіюватися, але однаковий в межах групи томів.

В межах фізичного тому кожен фізичний екстент має унікальний номер. Фізичний екстент – мінімальний блок простору, який може бути адресований системою LVM на фізичному сховищі. Аналогічно, кожен логічний том складається з мінімальних адресованих блоків, що носять назву логічних екстентів (Logical Extents, LE). В межах групи томів розмір логічного екстента дорівнює розміру фізичного. Очевидно, що розмір логічних екстентів однаковий для усіх логічних томів групи. Існує взаємно-однозначне відображення LE на РЕ. При кожному доступі до сховища використовується ідентифікатор LE для реальної роботи з фізичним пристроєм.

Тепер виникає питання, де зберігаються усі ці мета-дані про логічні томи і групи томів. Як відомо, в не-LVM системах, дані про розділи зберігаються в таблиці розділів. У LVM системі існує область дескрипторів групи томів (Volume Group Descriptor Area, VGDA), працююча аналогічно таблиці розділів. Вона зберігається на початку кожного фізичного тому, керованого за допомогою LVM.

1.3 Хід роботи

1. Створити віртуальну машину. У віртуальній машині необхідно створити два жорстких диска.

2. Встановити ОС.

3. Розбити другий жорсткий диск згідно з варіантами завдань, представленими в таблиці 1.1.

Варіанти завдань для лабораторної роботи вибираємо за останньою цифрою залікової книжки, SWAP розділ обов’язково повинен бути підключений, як і інші розділи. Кожному варіанту необхідно створити 3 розділи.

Таблиця 1.1 – Варіанти завдань

1.3.1 Створення віртуальної машини і жорстких дисків

Для виконання циклу лабораторних робіт пропонуємо вам встановити віртуальну машину. Це збереже вас від можливої неправильної конфігурації системи чи випадкового видалення інформації на вашому жорсткому диску.

Для цього пропонуємо встановити програму VirtualBox. VirtualBox можна встановити на будь-яку операційну систему. Завантажити її можна з офіційного сайту http://www.virtualbox.org/.

Після створення машини необхідно додати ще один жорсткий диск. Переходимо в налаштування машини (Settings), вкладка носії (Storage). Додаємо ще один контролер дисків (наприклад, SATA Contoller) та створюємо новий диск. Необхідно створити диск розміром приблизно 500Мб.

Для зручності роботи встановіть в налаштуваннях машини на вкладці Мережа (Network) тип підключення (Attached to) Мережевий міст (Briged Adapte) і виберіть ім’я адаптера, це дозволить дистанційно працювати із віртуальною машиною через SSH. Можна запускати.

1.3.2 Інсталяція

Рекомендуємо перед інсталяцією прочитати інструкції і рекомендації для вашого конкретного дистрибутиві, адже програма-інстолятор може, наприклад, працювати або з образом CD-ROM, або із звичайною файловою системою, чи при інсталяції необхідно буде щось додаткове.

При першому старті віртуальної машини програма запропоную вам встановити ОС на віртуальну машину. Погоджуйтесь. Якщо цього не відбулося, то VirtualBox повинен повідомити щось на зразок «FATAL: No bootable medium found! ….». Ідемо в Devices та вибираємо наш носій, з якого відбудеться встановлення, а далі в Machine → Reset.

Потрібно вибрати носій встановлення: CD-ROM, образа диску, або Flash-носій. Вибираємо. Сучасні інсталятори не потребують багато зусиль чи знань. В якості дистрибутиві для прикладів був вибраний Ubuntu 11.04 і всі приклади будуть приводитися для нього. Спочатку інсталятор запропонує вам Спробувати чи встановити ОС. Вибираємо мову і встановлення ОС. Ми вибрали English. Install Ubuntu.

Далі нам буде запропоновано встановити оновлення з інтернету — пропускаємо. Даля розмітка дисків. Зупинимося тут більш докладніше. Як ви пом’ятаєте жорстких дисків в нас два. Вибираємо Something else, Forward. Перед нами два не розмічені диски. Будемо працювати поки-що з першим, він повинне бути більший ніж другий. На ньому необхідно створити кореневий розділ «/» і розділ підкачки «Swap».

Другий жорсткий диск залишаємо не розміченим. Тиснемо Install Now. Під час інсталяції нас попросять вибрати годинниковий пояс, вказати час, розкладку та створити користувачів. Далі перезавантаження і ОС встановлена. ОС час-від-часу прохатиме о встановленні оновлення — воно для цих лабораторних робіт буде зайвим, тому можете відключити перевірку оновлення.

1.3.3 Репозиторії

Для роботи з операційною системою необхідно встановлювати програмне забезпечення. Зазвичай, нові програми завантажують з мережи Інтернет із спеціально створених репозиторіїв. Дізнайтеся, як додати до списку репозиторіїв вашої ОС нові і як вибрати її при пошуку нового програмного забезпечення.

1.3.4 Таблиці розділів

Найперший сектор жорсткого диска (сектор 1, доріжка 0, голівка 0) містить так званий головний завантажувальний запис (Master Boot Record). Цей запис займає не весь сектор, а тільки його початкову частину. Сам по собі головний завантажувальний запис є програмою. Ця програма під час початкового завантаження операційної системи з НМД поміщається за адресою 7C00h: 0000h, після чого їй передається керування. Завантажувальний запис продовжує процес завантаження операційної системи.

Наприкінці найпершого сектора жорсткого диска розташовується таблиця розділів диска (Partition Table). Ця таблиця містить чотири елементи, що описують до чотирьох розділів диска. В останніх двох байтах сектора перебуває значення 55AAh. Це ознака таблиці розділів (сигнатура таблиці розділів). Для перегляду та зміни вмісту таблиці розділів НМД використовується програма fdisk.exe. Елемент таблиці розділів диска – це структура розміром 16 байт, яка відповідає тій частині диску, що називається розділом. У структурі розташовується інформація про розташування та розмір розділу в секторах, а також про призначення розділу. Розділи диска бувають активними або неактивними. Активний розділ може використовуватися для завантаження операційної системи. Зауважимо, що диск може містити одночасно кілька активних розділів, які можуть належати різним операційним системам.

В самому першому секторі активного розділу розташований завантажувальний запис (Boot Record), який не слід плутати з головним завантажувальним записом (Master Boot Record). Завантажувальний запис зчитується в оперативну пам'ять головним завантажувальним записом, після чого йому передається керування. Саме завантажувальний запис виконує завантаження операційної системи.

1.3.5 Завантаження операційної системи

Завантаження операційної системи з жорсткого диска – двоступінчастий процес. Спочатку модулі ініціалізації BIOS зчитують головний завантажувальний запис в пам'ять за адресою 7C00h: 0000h і передають йому управління. Головний завантажувальний запис переглядає таблицю розділів і знаходить активний розділ.

Якщо активних розділів декілька, на консоль виводиться повідомлення про необхідність вибору активного розділу для продовження завантаження. Після того як активний розділ знайдено, головний завантажувальний запис зчитує найперший сектор розділу в оперативну пам'ять. Цей сектор містить завантажувальний запис, якому головний завантажувальний запис і передає управління. Завантажувальний запис активного розділу виконує завантаження операційної системи, що перебуває в активному розділі. Такий двоступінчастий метод завантаження операційної системи необхідний з тієї причини, що спосіб завантаження залежить від самої операційної системи. Тому кожна операційна система має свій власний завантажувач. Фіксованим є тільки розташування завантажувального запису – найперший сектор активного розділу.

Байт зі зсувом 0, є прапором активного розділу і може приймати одне з двох значень – 0 або 80h, відповідно, для неактивного і активного розділів диска. Слово, що має розмір 2 байта і розташоване зі зміщенням 8, містить відносний номер першого сектора розділу. Як він обчислюється? Значення 0 відповідає доріжці 0, головці 0, сектору 1. При збільшенні відносного номера сектора спочатку збільшується номер сектора на доріжці, потім номер головки, і, нарешті, номер доріжки. Для обчислення відносного номера сектора можна використовувати наступну формулу: RelSect = (Cyl * Sect * Head) + (Head * Sect) + (Sect -1) У цій формулі Cyl - номер доріжки, Sect – номер сектора на доріжці, Head – номер головки. Зауваження щодо меж розділів диска: зазвичай розділи починаються з парних номерів доріжок, за винятком самого першого розділу. Цей розділ може починатися з сектора 2 нульової доріжки (головка 0), так як найперший сектор диска зайнятий головною завантажувальної записом. Байт зі зсувом 4 – це код системи, що використовує розділ диска. Для MS-DOS зарезервовані значення 0, 1, 4, 5. Значення 0 відповідає вільному розділу диска.

Якщо код системи в елементі таблиці розділу дорівнює 1 або 4, це означає, що розділ використовується MSDOS в якості первинного розділу (Primary Partition). Цей розділ зазвичай є активним і з нього виконується завантаження операційної системи. В залежності від того, який код системи вказано для первинного розділу (1 або 4) змінюється одна з характеристик логічного диска – розмір елемента таблиці розміщення файлів (FAT). Код 1 використовується для позначення 12-бітової FAT, 4 – для 16-бітової FAT. Значення коду системи, рівне 5, позначає розширений розділ MS-DOS (Extended DOS Partiton). Неважко помітити, що навіть використовуючи всі елементи таблиці розділів для створення логічних дисків, неможливо створити більше чотирьох дисків. У розширеному розділі MS-DOS ви можете створити будь-яку кількість логічних дисків. Програма fdisk.exe дозволяє вам створити один первинний розділ MS-DOS і один розширений розділ. Первинний розділ повинен бути активним, він використовується як диск С: і з нього виконується завантаження операційної системи. Розширений розділ розбивається програмою fdisk.exe на логічні диски D:, E: і т. д. Розширений розділ не може бути активним, отже, неможливо виконати завантаження операційної системи з логічних дисків, розташованих в цьому розділі. Якщо байт коду системи має значення 5, то на початку відповідного розділу розташовується сектор, що містить таблицю логічних дисків. Фактично ця таблиця є розширенням таблиці розділів диска, розташованої в самому першому секторі фізичного диска.

Таблиця логічних дисків має формат, аналогічний таблиці розділів диска, але містить тільки два елементи. Один з них вказує на перший сектор логічного диска MS-DOS, він має код системи 1 або 4. Другий елемент може мати код системи 5 або 0. Якщо цей код дорівнює 5, то елемент вказує на наступну таблицю логічних дисків. Якщо код системи дорівнює 0, то відповідний елемент не використовується. Зі сказаного вище випливає, що таблиці логічних дисків пов'язані в список, на початок цього списку вказує елемент таблиці розділів диска з кодом системи, рівним 5. Для таблиці логічних дисків є відмінність у використанні полів кордонів логічних дисків. Якщо код системи дорівнює 1 або 4, ці межі обчислюються щодо початку розширеного розділу. Для елемента з кодом системи 5 використовується абсолютна адресація (щодо фізичного початку диска). Наведемо конкретний приклад. Нехай на диску створено два розділи - первинний і розширений. Первинний розділ використовується для завантаження MS-DOS (диск С:), розширений розділ містить логічні диски D:, E:. Нижче на рисунку 1.1 показано розміщення цих розділів.

Рисунок 1.1 – Розміщення розділів диску

GUID Partition Table (GPT) є стандартним форматом розміщення таблиць розділів на фізичному жорсткому диску. На відміну від MBR(Master Boot Record), який починається з виконуваної двійковій програми, яка ідентифікує і завантажує активний розділ, GPT(GUID Partition Table) спирається на розширені можливості EFI(Extensible Firmware Interface) для здійснення цих процесів. Однак MBR присутній на самому початку диска як для захисту, так і з метою сумісності. Власне GPT починається з заголовком таблиці розділів (Partition Table Header). GPT використовує сучасну систему адресації логічних блоків (LBA), забезпечує дублювання – зміст і таблиця розділів записані як на початку, так і в кінці диска. GPT дозволяє створювати розділи диска розміром до 9.4 ЗБ (9.4 × 1021 байт), у той час як MBR може працювати тільки з 2.2 ТБ (2.2 × 1012 байт).

GPT складається з:

1. Перші 512 байт HDD – захист MBR. 64-байти області містять один 0xEE тип запису розділу, визначеного на всьому розмірі диска.

2. Далі 512 байт – первинний заголовок GPT. Містить унікальний диск GUID, розміщення основної таблиці розділів, кількість можливих записів в таблиці розділів, контрольну суму, основну таблицю розділів, місце вторинного (або резервного) GPT заголовку.

3. Наступні 16 Кб (за замовчуванням) – основна таблиця GPT – 128 записів кожного розділу з кожним записом розміром 128 байт (а значить, 16 КБ). Цей розмір може бути змінений, щоб вмістити більше записів в таблиці (> 128), а також може бути зменшений. Кожен розділ має тип розділу GUID.

4. Останній 512 байт жорсткого диска – вторинний заголовок GPT. Містить унікальний диск GUID, розміщення вторинної таблиці розділів, кількість можливих записів в таблиці розділів, контрольну суму та вторинну таблицю розділів, положення первинного заголовку GPT. Цей заголовок може бути використаний для відновлення GPT даних у випадку, якщо основний заголовок пошкоджений.

5. Далі 16 КБ – вторинна таблиця GPT. Всі дані ідентичні первинній талиці. Використовується в основному для відновлення.

1.3.6 Записи даних про розділи

Перші 16 байт визначають GUID типу розділу. Скажімо, GUID системного EFI розділу має вигляд «C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B». Наступні 16 байт містять GUID, унікальний для даного конкретного розділу. Далі записуються дані про початок і кінець 64-бітних LBA, якщо вони є. Останнє місце відводиться інформації про імена і атрибутах розділів. На рисунку 1.2 приведена діаграма, яка схематично пояснює формат GUID Partition Table.

Рисунок 1.2 – Діаграма, що пояснює формат GUID Partition Table

1.3.7 Створення розділів і файлових систем

Disk Druid — здатний створювати і видаляти розділи диску, згідно з вимогами користувача, і працювати с точками монтування для кожного розділу.

fdisk — традиційний інструмент Linux для роботи з розділами диску. Він більш гнучкіший і вимагає досвіду від користувача роботи з дисками і розділами.

Parted — програма дозволяє маніпулювати таблицею розділів, створювати, видаляти, змінювати та діагностувати розділи і файлові системи.

Після встановлення у нас залишився ще один не розмічений диск. Перший, розмічений і той що використовується ОС, скоріш всього підключений як /dev/sda, а другий, не розмічений як /dev/sdb.

Для комфортної роботи можна віддалено підключитися до віртуальної машини через SSH. Для цього дізнаємося її адресу. В терміналі віртуальної машини:

ifconfig # дізнаємося IP-адресу (192.168.0.103)

Встановлюємо ssh:

sudo apt-get install openssh-server # встановлюємо ssh сервер

sudo reboot # перезавантажимося про всяк випадок

Зараз в терміналі реальної машини ми можемо написати:

ssh <ім’я користувача в віртуальній машині>@<адреса>

ssh [email protected]

Приклад створення жорсткого диску за допомогою fdisk.

Sudo su

fdisk /dev/sdb

n — створити новий розділ,

p — primary partition,

1 — номер початкового циліндру (початок диску),

+100M — створюємо диск розміром 100Мб (кінець диску).

Також можна створити ще пару дисків аналогічним чином. Для виходу із збереження обов’язково необхідно натиснути «w». Розділи ми створили, але треба ще створити файлові систему на ньому і промонтувати диск. Створюємо Ext2 файлову систему

mkfs.ext2 /dev/sdb # створюємо файлову систему.

mkdir /media/newdisk # створюємо каталог, до якого примонтуємо розділ.

mount /dev/sdb1 /media/newdisk/ # після примонтування їм можна користуватися.

1.3.8 Зберігання копії диску та наступне її використання

Для того, аби зберегти копію диску (наприклад, CD-ROM), необхідно зробити наступне:

1. Переконайтеся в наявності в каталозі достатньо вільного місця.

2. Виконати команду dd if=/dev/cdrom of=cdrom.iso bs=1M.

3. Після цього можна продивитись вмісь файду cdrom.iso, змонтувати його, наприклад, так:

mount -o loop cdrom.iso /mnt/cdrom

В якості вихідного пристрою для копіювання також може виступати будь-який дисковий пристрій, наприклад дискета або жорсткий диск. Крім того, образ CD, що вийшов, - ROM можна записати на матрицю CD - R/RW з використанням програми cdrecord, оскільки файл cdrom.iso є повним образом диска.

1.3.9 Шифрування даних на рівні ФС

Процедура створення зашифрованої файлової системи може виглядати наступним чином:

1. Необхідно створити файл необхідного розміру, для 8 Мб:

sh# dd if=/dev/zero of=test_file count=8 bs=1M

2. Необхідно настроїти алгоритм шифрування:

sh# modprobe cryptoloop 20 losetup -e blowfish /dev/loop0 test_file

3. Програма запитає розмір ключа:

D1 Available keysizes (bits): 128 160 192 256 Keysize:

4. Далі буде запитан пароль. Після введення пароля алгоритм шифрування blowfish буде підключений до пристрою /dev/loop0. Дані в зашифрованому виді будуть зберігатися у файлі test_file.

5. Необхідно створити файлову систему:

sh# mke2fs /dev/loop0

6. Змонтувати зашифрований пристрій:

sh# mount /dev/loop0 /mnt/disk

Після цього можна працювати з /mnt/disk як із звичайним пристроєм, який після закінчення роботи потрібно розмонтувати. Для подальшого використання даних необхідно повторити кроки 2 і 4.

Таким чином можна організувати роботу із зашифрованими файловими системами.

1.4 Вміст звіту

Робота вважається виконаною, якщо система встановлена і диски розмічені. Звіт повинен містити в собі повний набір команд, які використовувалися в ході лабораторної роботи.

1.5 Контрольні запитання

1. Перерахуйте способи встановлення дистрибутиву сімейства UNIX.

2. Чим можна розбити диск на розділи?

3. Яких тип має розділ Linux? Яких тип має розділ підкачки Linux? Для чого і де вказується тип розділу?

4. Як встановити програмний пакет після інсталяції і як його видалити?

5. Що необхідно зробити, щоб можна було завантажувати інші ОС на цьому ж комп’ютері і як це зробити?

6. Опишіть можливості програм parted, FIPS, fdisk та їм подібним.

7. Назвіть відмінності основних файлових систем для ОС Linux.

8. Як користуватися mount?

2 Лабораторна робота № 2. Конфігурування і сбір ядра операційної системи