Файловые системы

Что такое файловая система

Файловая система (ФС) — правила, по которым операционная система размещает данные на диске и находит их обратно. Физически накопитель — это просто пронумерованные блоки по 4 КБ. Файловая система превращает их в дерево папок и файлов: ведёт учёт, какие блоки заняты, какие свободны, кому принадлежит файл и кто имеет право его читать.

Аналогия: диск — склад с пронумерованными ячейками, файловая система — журнал учёта. Отформатировать диск означает завести новый пустой журнал; старые коробки на складе физически ещё лежат, но найти их штатными средствами уже нельзя. Отсюда и то, что удалённые файлы часто удаётся восстановить.

Что такое inode

inode (index node, индексный дескриптор) — запись с метаданными одного файла. В ней лежит всё, кроме двух вещей:

Имя файла хранится не в inode, а в каталоге — каталог это просто таблица «имя → номер inode». Из этого следует всё остальное: жёсткие ссылки — несколько имён на один inode; переименование файла не трогает данные; а rm уменьшает счётчик ссылок и освобождает блоки, только когда он дошёл до нуля и файл никем не открыт.

Практическое следствие, которое однажды всех кусает:

df -h     # Use% 45% — места вагон
df -i     # IUse% 100% — а inode кончились

No space left on device при свободном месте означает, что исчерпаны inode. В ext4 их количество фиксируется при форматировании, и миллион мелких файлов сессий или кеша съедает их раньше, чем гигабайты. Лечится чисткой мелочи или переносом на XFS, где inode выделяются динамически.

Какие бывают файловые системы

Журналирование (есть в ext4, XFS, NTFS) — запись намерений перед самой операцией. При отключении питания система по журналу понимает, что осталось незавершённым, и не остаётся с рассыпавшимся деревом каталогов.

Для сервера выбор обычно тривиален: берите то, что дистрибутив предлагает по умолчанию — ext4 или XFS. Btrfs и ZFS осмысленны, когда нужны их снапшоты и контрольные суммы.

Работа с ФС на сервере

lsblk -f                          # диски, разделы, их ФС и UUID
df -h && df -i                    # место и inode
du -sh /var/log/* | sort -rh | head   # кто съел место
mkfs.ext4 /dev/sdb1               # создать ФС (данные на разделе умрут)
mount /dev/sdb1 /mnt/data         # примонтировать
tune2fs -m 1 /dev/sdb1            # снизить резерв под root с 5% до 1%

Чтобы диск подключался после перезагрузки, его прописывают в /etc/fstab — обязательно по UUID из lsblk -f, а не по /dev/sdb1: буквы устройств могут поменяться местами при следующей загрузке, и сервер уйдёт в аварийный режим.

В облаке и контейнерах

Диск облачного сервера — обычно сетевой том, а не физический SSD в шасси. Файловая система на нём та же, но производительность ограничена не диском, а квотой по IOPS. Файловая система живёт и в persistent volume контейнеров — а вот объектное хранилище файловой системой не является: там нет ни папок, ни inode, только плоский набор объектов по ключу.

Связанные термины

• SSD и HDD — носители, поверх которых лежит ФС
• RAID — объединение дисков под файловой системой
• Linux — где встречаются ext4 и XFS
• Утилиты Linux — chmod, du, df и работа с правами
• object storage — хранение без файловой системы
• Резервное копирование — то, чем снапшоты ФС не заменяются