File System

File System e dispositivi fisici

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File System

Sommario

Definizione

Da Wikipedia:

In informatica, un file system è, informalmente, un meccanismo con il quale i file sono immagazzinati e organizzati su un dispositivo di archiviazione, come un disco rigido o un CD-ROM. Più formalmente, un file system è l'insieme dei tipi di dati astratti necessari per la memorizzazione, l'organizzazione gerarchica, la manipolazione, la navigazione, l'accesso e la lettura dei dati. Di fatto, alcuni file system (come NFS) non interagiscono direttamente con i dispositivi di archiviazione.

Si sottolinea in particolare l'ultima frase, ovvero che sono definiti come file system anche quei "meccanismi" che invece di agire direttamente su un certo dispositivo fisico permettono "semplicemente" di accedere a dei file system remoti.

Denominazione dei dischi fissi

Linux indica i dischi fissi collegati nel sistema in questo modo:

hdX se si tratta di un disco IDE e si usano versioni molto vecchie del kernel.
sdX se si tratta di un disco SATA (ma ormai anche i dischi IDE).
nvmeYn1 se si tratta di un disco NVME.

dove X è una lettera dell'alfabeto, mentre Y un numero. Al primo disco del sistema sarà assegnata la lettera a (hda oppure sda) o il numero 0 (nvme0n1) e via via saranno assegnate tutte le lettere/numeri che servono.
Le partizioni di ogni disco vengono indicate con numeri progressivi.

Tabelle gpt

Sono il tipo di tabella partizione più usato e non vi è altro da dire. Es.: sda1, sda2, sdb1, sdb2, nvme0n1p1, nvme0n1p2, nvme1n1p1, nvme1n1p2, ecc.

Tabelle msdos

Nel caso delle vecchie tabelle di partizione tipo msdos è necessario distinguire tra partizioni primarie e logiche:

1-4 indicano le partizioni primarie
da 5 in poi sono le partizioni logiche

Avvertimento
Non è possibile creare più di 4 partizioni primarie su un dispositivo, pertanto se si ha la necessità di creare più di 4 partizioni dovranno essere create al più 3 partizioni primarie, poiché in caso contrario risulterà impossibile creare partizioni logiche.

Ad esempio:

sda1 è la prima partizione primaria del nostro primo disco SATA
hdc5 è la prima partizione logica del nostro terzo disco IDE

Elenco dischi fissi

Tutti i dischi presenti nel sistema appaiono come file "elencati" sotto la directory /dev. È quindi possibile elencarli tutti con un comando del tipo:

$ ls -1 /dev/sd*

che stamperà a video qualcosa di simile a

/dev/sda
/dev/sda1
/dev/sda2
/dev/sda3
/dev/sda4
...

Alternativamente è possibile usare il comando lsblk -f, il cui output sarà simile al seguente:

NAME        FSTYPE FSVER  LABEL      UUID              FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINTS
sda                                                                                     
├─sda1      ntfs          Ripristino 1EC0C550C0C52EB9                                    
├─sda2      vfat   FAT32  CCC6-BCAB                     63,1M     34% /boot/efi
├─sda3                                                                                  
├─sda4      ntfs          Windows_10  203239183238F47E
...

Struttura

Il filesystem Linux è strutturato a partire dalla sua radice (indicata con / e chiamata root) e tutti i dischi e i dispositivi removibili vengono "agganciati" (l'operazione si chiama montaggio, in inglese mount) in una directory sotto /.
Una comune struttura di filesystem Linux è la seguente (si digiti ad esempio ls -hl /):

 /
 |
 |-- bin/ (file eseguibili di base)
 |
 |-- boot/ (file necessari all'avvio)
 |
 |-- dev/ (file che rappresentano le periferiche hardware collegate al sistema)
 |
 |-- etc/ (file di configurazione del sistema e dei servizi)
 |
 |-- home/ (tipicamente contiene i file personali degli utenti, con l'eccezione dell'utente root)
 |    |
 |    |- ferdy (file personali di ferdy)
 |    |- cesca (file personali di cesca)
 |
 |-- lib/ (librerie degli eseguibili di base, dell'utente root e non)
 |
 |-- media/ (periferiche esterne montate in automatico dal sistema)
 |
 |-- mnt/ (contenitore per le periferiche che vogliamo montare)
 |
 |-- opt/ (file e programmi opzionali, non facenti parte della distribuzione,
 |         e che tipicamente non rispettano la divisione di librerie, file di
 |         configurazioni ed eseguibili in diverse directory)
 |
 |-- root/ (la home directory dell'utente root)
 |
 |-- sbin/ (file eseguibili solo dall'utente root)
 |
 |-- tmp/ (file temporanei)
 |
 |-- usr/ (i programmi installati sul sistema non di base)
 |    |
 |    |- bin/ (gli eseguibili dei programmi installati)
 |    |- lib/ (le librerie degli eseguibili in /usr/)
 |    |- sbin/ (gli eseguibili per l'utente root)
 |    |- ...
 |    |
 |    |- local/ (programmi esterni installati dall'amministratore, che rispettano
 |         |     la divisione in queste directory)
 |         |- bin/ (gli eseguibili dei programmi installati in /local/)
 |         |- lib/ (le librerie degli eseguibili in /usr/local/)
 |         |- sbin/ (gli eseguibili per l'utente root in /usr/local/)
 |         |- ...
 | 
 |-- var/ (dati variabili. Ad es. database, caselle di posta, etc)

È importante sottolineare che ciascun elemento del filesystem può fisicamente risiedere su un differente disco rigido, o perfino risorsa remota, in altre parole un utente ha la possibilità di distribuire qualsiasi directory (di sistema comprese) tra i vari supporti fisici come meglio crede.

A partire da Debian 10 (Buster), in caso di nuova installazione, le directory /bin/, /lib/ e /sbin/ sono rimpiazzate da link simbolici alle directory /usr/bin/, /usr/lib/ e /usr/sbin/ rispettivamente, in maniera analoga a quanto già avviene in altre distribuzioni Linux.
Su tali sistemi non è più possibile perciò avviare una shell testuale senza la presenza di tutta la directory /usr/, in quanto non esiste alcuna differenza tra eseguibili di base e altri eseguibili.

Software esterno

Le directory /usr/local e /opt contengono programmi esterni, che rispettano o meno (rispettivamente) le convenzioni previste per i programmi sotto Unix.
Le directory /usr/local/bin e /usr/local/sbin sono comunque già predisposte a essere utilizzate dagli utenti normali e root, e hanno maggiore priorità degli altri eseguibili, permettendo di mascherare eseguibili con lo stesso nome che si trovano nelle altre (per via della posizione occupata di default nella variabile d'ambiente PATH).

Nessun pacchetto Debian, proveniente dalla sezione main, installerà mai nulla in queste directory.

Preparazione dei supporti fisici

Ogni supporto fisico prima di poter essere utilizzato deve essere partizionato e formattato.

Partizionare

Si usano applicativi come fdisk e GNU Parted.

Creare file system

Si usano applicativi come mkswap (permette di formattare un area di swap) e mkfs che permette di formattare secondo un elevato numero di file system. Volendo anche fdisk e parted permettono di creare file system, ma è sconsigliato ed inoltre supportano solo pochi tipi di file system.

mkfs

È un applicativo modulare che come detto supporta un elevato numero di file system, ma tale capacità non è nativa bensì basata sull'utilizzo di altri strumenti (richiamati in automatico) che devono già essere installati. Per esempio per formattare in FAT32 è necessario che il pacchetto dosfstools sià già stato installato.

Rendere accessibili (montare) i dispositivi

Una volta creato e formattato le partizioni, non rimane che agganciarle al file system della macchina in uso.

Nota
Quanto qui scritto vale pedissequamente per tutti i file system, quindi anche per quelli remoti.

Il primo passo consiste nel creare un punto di mount, banalmente una directory, secondariamente di agganciare il file system a tale directory attraverso l'applicativo mount (che richiede privilegi di root). Se per esempio si è creato come punto di mount /mnt/pippo il contenuto della partizione montata sarà accessibile esplorando appunto /mnt/pippo. Si noti che è possibile utilizzare lo stesso punto di mount per montare più partizioni, ma chiaramente non in simultanea.
Una volta terminato l'utilizzo di una certa partizione questa può essere sganciata attraverso il comando umount.

ATTENZIONE
Mai disconnettere un dispositivo fisico fintanto che una delle sue partizioni risulta montata.

Il file /etc/fstab

Questo utilissimo file di configurazione permette di definire quali risorse, locali o remote non fa differenza, montare automaticamente all'avvio del computer. Si tratta di un file testuale organizzato su sei colonne:

Per prima cosa si indica il dispositivo da montare, o attraverso il suo percorso (es.: /dev/sdc) oppure attraverso il suo UUID, un codice alfanumerico che lo identifica univocamente. Tale codice può essere determinato attraverso blkid, la cui sintassi è
```
blkid /dev/miodevice
```

L'utilizzo dello UUID è limitato ai soli dispositivi presenti in /dev/, quindi le risorse di rete possono essere identificate solo attraverso il loro percorso di rete.

La seconda colonna definisce il punto di montaggio della risorsa precedentemente specificata, come sempre deve trattarsi di una directory già esistente e VUOTA.
In terza posizione si specificano i filesystem (in genere uno solo).
Quarto si indicano tutte le opzioni relative al filesystem, avendo cura di separare ognuna con una virgola. L'elenco di tale opzioni è lungo, pertanto non si può evitare di fare riferimento al manuale di mount.
In quinta e sesta colonna possono essere indicati dei valori numerici rispettivamente utili per dump e fsck. Di norma basta specificare un valore zero per entrambi, se necessario fare riferimento al manuale di mount.

Di seguito alcune righe d'esempio per il suddetto file:

UUID=XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX     /home            ext4           defaults,acl              0     2
/dev/scd0                                     /media/cdrom1    udf,iso9660    user,noauto               0     0
//mioserver/miacartella                       /mnt/samba       cifs            _netdev,credentials=/percorso_file/credenziali,uid=1000,gid=1000,file_mode=0777,dir_mode=0775    0   0
mioserver:/                                   /mnt/nfs         nfs           _netdev,auto,hard,intr    0     0

ATTENZIONE
/etc/fstab mal tollera i nomi e i percorsi non standard, pertanto ove possibile evitare di scegliere nomi dei percorsi delle risorse contenenti spazi o altri caratteri speciali (tipicamente per le risorse remote).

Qualora proprio non se ne potesse fare a meno è possibile indicare i caratteri speciali in forma ottale (se tutti o solo alcuni non è dato saperlo); ad esempio una cartella di nome prova &del % dovrebbe essere indicata come prova\040\046del\040%; si noti che mentre la "e commerciale" e lo spazio devono essere indicati in forma ottale, il simbolo "percento" può essere indicato normalmente.
NB: NON è detto che fstab accetti qualsiasi carattere speciale.
A quest'indirizzo è disponibile una tabella di conversione per i primi 256 caratteri ASCII.

Linux VS Windows

In ambiente Windows ogni nuovo disco e ogni nuova partizione installati nel sistema si vedono attribuiti la lettera dell'alfabeto successiva all'ultima utilizzata. Ad esempio, se installassimo un nuovo disco fisso in un sistema Windows che utilizza:

A: per il floppy
C: per il disco di sistema
D: per un secondo disco di dati
E: per il masterizzatore

al nuovo disco verrebbe automaticamente assegnata la lettera F:. Un utente che in Windows aprisse "Esplora risorse" vedrebbe quindi subito tutti i dispositivi fisici installati con le relative cartelle e poco più sotto l'icona delle risorse di rete.
In ambiente Linux le cose funzionano diversamente, infatti si vedono solo file e directory essendo i dispositivi fisici non immediatamente visibili; in genere questo è l'aspetto più traumatico per un utente abituato con Windows, tuttavia come già scritto un tale approccio permette di distribuire le directory, di sistema comprese, come meglio si crede, mentre in Windows le cartelle \Programmi e \Windows devono obbligatoriamente risiedere sul disco fisico identificato con la lettera C:.
In sintesi la rappresentazione Linux della struttura di file e cartelle in Linux esclude a priori i dispositivi fisici; è come se in Windows da "Esplora risorse" si vedesse semplicemente un albero di questo tipo (le lettere tra parentesi indicano in modo del tutto arbitrario il dispositivo fisico dove ciascuna cartella risiede effettivamente):

Desktop (C:)
|
| -- Computer
|       |
|       | -- Programmi\ (C:)
|       |       | -- Microsoft\ (C:)
|       |       | -- Office\    (F:)
|       | -- Windows\   (C:) 
|       |       | -- System\    (C:)
|       |       | -- System32\  (D:)
|       | -- Utenti\    (D:)
|       | -- Cartella1\ (D:)
|       |       | -- CartellaN\ (F:)
|       | -- Cartella2\ (D:)
|       | -- Cartella3\ (F:)
| -- Rete

Approfondimenti

Manpages

man fstab, HTML
man mkfs, HTML
man mkswap, HTML

Sitografia

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