Устройство файловых систем Unix-семейства

Все файлы в Unix физически состоят из двух частей, реально локализованных в различных блоках дискового накопителя, но обязательно находящихся в одном дисковом разделе, первичном или логическом.

Первая часть файла - его так называемые метаданные, которые содержат файловый дескриптор (это просто некое уникальное число), сведения о его атрибутах (принадлежности, правах доступа, времени модификации и т.д.), а также информацию о том, в каких блоках дискового раздела (которые так и называются - блоки данных) физически размещено содержимое файла - те самые последовательности байтов, которые образуют доступный пользователю ASCII-текст или исполняемый модуль программы.

Метаданные каждого файла записаны в специальной области диска, называемой суперблоком, где образуют т.н. inodes (от information nodes - информационные узлы). Каждому существующему файлу соответствует свой inode, и именно он однозначно идентифицируется файловым дескриптором. А сам по себе список inodes, соответствующих как существующим файлам, так и свободным блокам дискового раздела, и определяет границы файловой системы, то есть сколько файлов может быть в ней создано.

Так вот, суть процесса создания файловой системы на дисковом разделе (или, в понимании DOS/Windows, его форматирования) - в создании на нем суперблока (или, в некоторых файловых системах, нескольких его копий), списка inodes и отведении дискового пространства под блоки данных (а также загрузочного блока), а устройством этих дисковых областей определяются различия между файловыми системами различных типов. В результате на новом разделе образуется единственный файл - каталог корневого (для данной файловой системы) раздела (в некоторых случаях создается еще и каталог /lost+found, предназначенный для хранения нарушенных файлов).

Для хранения имен файлов предназначены файлы особого типа - каталоги (в Unix есть и другие типы файлов, например, упомянутые выше специальные файлы). Они представляют собой просто списки файловых дескрипторов идентификаторов и соответствующих им имен файлов. Поэтому идущая от MacOS и активно используемая в Windows метафора каталога как папки с документами - в Unix только затемняет суть дела: здесь это скорее именно каталожный ящик в библиотеке.

Не смотря на столь простое устройство, роль каталогов в файловой системе Unix трудно переоценить: имена файлов, через которые они включаются в файловую систему (и через которые пользователь получает доступ к их содержимому), фигурируют только в составе каталога, к которому файл приписан - и больше нигде в системе. Так что удаление имени файла (или подкаталога) из списка, представляющего собой данные его родительского каталога (который, конечно, также имеет свой inode и файловый дескриптор, приписанный к каталогу, расположенному уровнем выше в иерархии файловой системы, и так далее) равносильно тому, что метаданные файла становится недоступными, а приписанные к его inode блоки данных помечаются как свободные. Именно так осуществляется удаление файла командой rm.

Понятно, что при создании новой файловой системы в UNIX, со всем содержимым (суперблоком, списком inode, блоками данных) она должна быть включена в состав какого-либо из существующих каталогов, называемого точкой монтирования. Именно это и составляет суть процесса монтирования. Результат же для монтируемой файловой системы - в том, что ее корневой каталог (до сих пор безымянный) получает имя каталога - точки монтирования (mount point), содержимое которого отныне составляет список имен ее файлов и подкаталогов. Обратный процесс - размонтирование, следствием чего является отсоединение от точки монтирования дерева смонтированной файловой системы. Кроме того, в inode ее корневого каталога устанавливается т.н. бит чистого размонтирования (clean bit).