Dateisysteme und Links

Dateisysteme und Links
Holger Jakobs – bibjah@bg.bib.de, holger@jakobs.com
Inhaltsverzeichnis
2009-06-18
1 UNIX-Dateisysteme 1
1.1 Einhängen von Datenträgern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Netzlaufwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Links 3
2.1 Woraus besteht eine Datei? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2
” Hard“ Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Symbolische Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3.1 Bedeutung symbolischer Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3.2 Rechtevergabe bei Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1 UNIX-Dateisysteme
In einem UNIX-System gibt es nur einen einzigen Verzeichnisbaum (im Gegensatz zu Windows
und Macintosh, wo es mehrere mit Buchstaben versehene Laufwerke bzw. mehrere Volumes
gibt). Über diesen Verzeichnisbaum greift man auf alle angeschlossenen Datenträger
zu. Hierzu werden die einzelnen Datenträger (z. B. Disketten, Festplattenpartitionen, CDs)
in den Verzeichnisbaum eingehängt (gemountet), siehe Abbildung 1. Dieses Einhängen (und
auch das Abhängen) darf im allgemeinen nur vom Systemverwalter (root) durchgeführt
werden (d. h. sofern es nicht ausdrücklich den gewöhnlichen Benutzern erlaubt wurde).
bin cdrom etc
/
home
tmp
usr
anna berta hugo bin include
Abbildung 1: Beispiel für einen UNIX-Verzeichnisbaum
1

1.1 Einhängen von Datenträgern 1 UNIX-DATEISYSTEME
Als gewöhnlicher Benutzer bemerkt man nicht, ob und wenn ja, welche Teile des Dateibaums
nicht zum Root-Dateisystem gehören. Das Root-Dateisystem ist das, was am
Root-Verzeichnis beginnt. Dieses wird beim Systemstart als erstes gemountet. In der Datei
/etc/fstab steht, welche weiteren Dateisysteme vorhanden sind und ggf. auch automatisch
beim Rechnerstart eingehängt werden.
Häufig sind die Verzeichnisse /usr, /var, /tmp und/oder /home (mit ihren Unterverzeichnissen)
auf anderen Festplattenpartitionen enthalten. Ob das so ist, stellen wir mit
Hilfe von mount fest:
~>mount
/dev/sda2 on / type ext4 (rw)
/dev/sda7 on /usr type ext4 (rw)
Hier ist also das Root-Dateisystem auf der Festplattenpartition /dev/sda2 vorhanden, das
Dateisystem der Partition /dev/sda7 dagegen an der Position /usr eingehängt. Beide sind
vom Typ ext4, dem aktuellen Standard-Dateisystem bei manchen Linux-Distributionen,
und beschreibbar. (rw = read/write).
Die meisten Geräte bei einem Unix-System haben einen sogenannten Gerätedatei-Eintrag
im Verzeichnis dev (device = Gerät). Beim gegenwärtigen Linux haben die (SATA- und
SCSI-)Festplatten die Gerätebezeichnungen sd (sata bzw. scsi disk), gefolgt von einem Buchstaben
(a = erste Platte, b = zweite Platte usw.), die älteren IDE-Platten heißen hd (hard
disk) statt sd. Die einzelnen Partitionen der Platte sind dann durchnummeriert. Eine Platte
hat bis zu vier primäre Partitionen mit den Nummern 1 bis 4, weitere sind dann sekundäre
Partitionen, die innerhalb einer erweiterten Partition existieren können. Die sekundären Partitionen
tragen die Nummern ab 5. Die Partitionierung einer Festplatte führt man mit dem
Programm fdisk durch.
Bei den hier verwendeten Partitionen handelt es sich also um die zweite primäre Partition auf
der ersten Festplatte, die auf / gemountet ist, und um die dritte sekundäre Partition derselben
Platte, die auf /usr gemountet ist. Ob es andere Platten und Partitionen gibt, wissen wir
nicht – zumindest werden sie derzeit nicht verwendet.
1.1 Einhängen von Datenträgern
Wenn man in das CD-Laufwerk des Rechners eine CD einlegt, so steht diese nicht unmittelbar
zur Verfügung – sondern erst, nachdem man diese ins Dateisystem eingehängt
hat (Kommando mount /dev/cdrom /cdrom ). Solange sie gemountet bleibt, kann man
das CD-Laufwerk auch nicht öffnen. Erst wenn man sie wieder abgehängt hat (Kommando
umount /cdrom), kann man die Schublade wieder öffnen. Nach dem Mounten der CD sieht
der Verzeichnisbaum aus wie in Abbildung 2 auf der nächsten Seite.
Die evtl. vorhandenen Inhalte des Verzeichnisses cdrom im Root-Dateisystem werden
durch den gemounteten Datenträger verdeckt. Nach dem Abhängen des Datenträgers werden
sie wieder sichtbar. Mittels des Kommandos eject /dev/cdrom kann man das Dateisystem
abhängen und anschließend die Schublade öffnen (z. B. bei Linux).
2

2 LINKS 1.2 Netzlaufwerke
bin cdrom etc
index.html
movie werb
/
home
tmp
usr
anna berta hugo bin include
Dateisystem der CD
Abbildung 2: UNIX-Verzeichnisbaum mit gemountetem CD-Laufwerk
1.2 Netzlaufwerke
Die in einen Dateibaum einzuhängenden Verzeichnisse (im obigen Fall das Root-Verzeichnis
der CD) müssen nicht auf demselben Rechner liegen. Wenn ein Rechner ein Verzeichnis
” exportiert“ (was über Einträge in der Datei /etc/exports geschieht), dann können andere
Rechner dieses Verzeichnis wie einen Datenträger in ihren eigenen Verzeichnisbaum
einhängen. Dies geschieht über NFS (network file system), das von Sun für Unix entwickelt
wurde, oder über SMB (server message block), das von Microsoft für Windows entwickelt
wurde, inzwischen aber auch von Unix-Systemen verwendet wird. Eine Freigabe über SMB
verlangt allerdings die Installation des Samba-Servers, der eine eigene Konfigurationsdatei
besitzt.
Übers Netz eingehängte Dateisysteme werden von mount so angezeigt (verkürzt):
~>mount
ux-02:/raid0/users on /users type nfs (rw)
//ux-02/users on /home/users type smbfs
Hier wird vom Rechner ux-02 das exportierte Verzeichnis /raid0/users in unseren Verzeichnisbaum
als Verzeichnis /users eingehängt. Der Typ ist nfs. Die zweite Zeile zeigt,
wie ein über SMB eingehängtes Verzeichnis aussieht, daher auch der Typ smbfs.
2 Links
2.1 Woraus besteht eine Datei?
Eine Datei besteht bei Unix aus mehreren Teilen. Diese sind:
3

2.2 ” Hard“ Links 2 LINKS
1. i-node: Der i-node (information node) zu einer Datei enthält alle Verwaltungsinformationen
zur Datei, als da wären:
� Dateityp (u. a. gewöhnliche Datei oder Directory)
� Link Counter (Erläuterung folgt weiter unten)
� Verweis auf die Datenblöcke
� Eigentümer- und Gruppen-Nummer
2. Datenblöcke
3. mindestens 1 Directory-Eintrag
� Dateigröße
� Dateirechte
� Datumsangaben
Beim Erzeugen einer Datei werden zumindest i-node und Directory-Eintrag erzeugt. Datenblöcke
kommen erst dann hinzu, wenn wirklich Daten vorliegen, d. h. die Größe mehr
als 0 Bytes beträgt.
2.2 ” Hard“ Links
Der Hinweis, dass eine Datei ” mindestens“ 1 Directory-Eintrag hat, lässt den Schluss zu,
dass sie auch mehrere haben kann. Ein Directory-Eintrag für eine Datei wird auch als Link
bezeichnet, und von diesen kann eine Datei tatsächlich mehrere haben. Möchte man die
Kündigung seiner Autoversicherung sowohl im Verzeichnis auto als auch im Verzeichnis
versicherung ablegen, so erzeugt man für die Datei einfach einen zweiten Link. Das sieht
dann so aus:
Es gibt zwei Directories. Jedes von diesen enthält
einen Eintrag. Die Einträge zeigen beide auf denselben
i-node. Im i-node stehen alle weiteren Informationen
über die Datei einschließlich der Zeiger
auf die Datenblöcke. Es gibt also ausdrücklich nur
einen Eigentümer, eine Rechtemaske usw., denn
es handelt sich um eine Datei, die lediglich zwei
Einträge im Verzeichnisbaum hat. Im Gegensatz zu
anderen Dateisystemen gibt es bei Unix keine exakte
Übereinstimmung zwischen der Anzahl Dateien
und der Anzahl der Einträge im Verzeichnisbaum,
sondern jede Datei kann im Verzeichnisbaum mehrfach
eingetragen sein.
kuend−vers.txt
i−node
auto
owner= fritz
link counter=2
... usw.
$HOME
größe=3493
versicherung
kuend−auto.txt
Daten−
block
Nach der Erzeugung des weiteren Links gibt es keinen Unterschied mehr zwischen diesen,
d. h. es gibt kein ” Original“ und keine ” Kopie“, denn alle Links zu einer Datei sind völlig
gleichwertig. Die als Pfeile eingezeichneten Verweise sind tatsächlich unidirektional, d. h.
es gibt keinen Verweis vom i-node zu seinen Verzeichniseinträgen. Lediglich die Anzahl der
4
Daten−
block

2 LINKS 2.3 Symbolische Links
Einträge wird im i-node verwaltet. Die Anzahl spiegelt sich auch im langen Listing wider,
denn neben der Rechtemaske steht jetzt eine 2 statt der sonst üblichen 1:
~/auto>ls -l kuend-vers.txt
-rw-r--r-- 2 fritz users 3493 Dec 8 11:23 kuend-vers.txt
Beim ” Löschen einer Datei“ mittels rm wird tatsächlich nur ein Directory-Eintrag (Link)
gelöscht. Hat die Datei noch weitere Einträge, so wird sie gar nicht gelöscht, sondern es wird
nur der Link Counter vermindert. Erst wenn dieser durch ein rm auf 0 gesetzt wird, wird die
Datei tatsächlich gelöscht. Der zu rm äquivalente Systemaufruf, den man zum selben Zweck
aus einem C-Programm heraus verwendet, trägt auch den passenderen Namen unlink().
Ein Directory-Eintrag besteht aus genau zwei Teilen: dem Dateinamen und der Nummer
des i-nodes. Die i-node-Nummer einer Datei wird von ls angezeigt, wenn man die Option
-i mitgibt:
~>ls -i kuend-vers.txt
25523 kuend-vers.txt
Ob zwei Directory-Einträge dieselbe Datei bezeichnen, kann man lediglich durch Vergleich
der i-node-Nummern feststellen. Falls sich die weiteren Links auf eine Datei in Verzeichnissen
befinden, auf die man kein Leserecht hat, so ist es unmöglich, diese zu finden. Damit
das Finden nicht zu kompliziert wird, gibt es bei find die Möglichkeit, eine Datei aufgrund
ihrer i-node-Nummer zu suchen (-inum nr ).
Einen zusätzlichen Link auf eine Datei erzeugt man mit dem Kommando ln. Die Syntax
entspricht prinzipiell der von mv und cp, d. h. es wird neben dem Kommando der Name der
bestehenden Datei angegeben und als nächstes Argument der ” neue“ Name. Früher gab es
lediglich diese Art von Links. Da es inzwischen auch die symbolischen Links gibt (s. u.),
werden sie zur Klarheit auch ” hard links“ genannt.
2.3 Symbolische Links
Da ” hard links“ lediglich über die i-node-Nummer erzeugt werden, können sie keine Dateisystem-Grenzen
überschreiten, d. h. alle Links zu einer Datei müssen sich auf demselben
Datenträger (Diskette, Festplattenpartition) befinden, denn die Nummerierung der i-nodes
fängt bei jedem Dateisystem wieder von vorn an.
Außerdem können ” hard links“ nicht auf Directories existieren. Um auch Links über
Dateisystemgrenzen hinweg und auf Directories erzeugen zu können, wurden die symbolischen
Links erfunden.
2.3.1 Bedeutung symbolischer Links
Ein symbolischer Link ist eine eigene Datei, die unabhängig von der Datei existieren kann,
auf die er zeigt. Dazu bedarf es eines besonderen Dateityps, den man im langen Listing am
5

2.3 Symbolische Links 2 LINKS
l in der ersten Spalte erkennen kann (bei gewöhnlichen Dateien steht dort -, bei Directories
d).
Der Inhalt einer Link-Datei besteht aus dem (absoluten oder relativen) Pfad auf das
Ziel, also nur aus wenigen Bytes. Die Angaben über Eigentümer, Gruppe und Rechte sowie
Datumsangaben haben bei symbolischen Links keine Bedeutung und werden schlicht ignoriert.
Jeder Lese- und Schreib-Zugriff auf einen symbolischen Link ist identisch mit einem
Zugriff auf die Zieldatei. Ein symbolischer Link kann auch auf einen anderen symbolischen
Link zeigen, der auf eine Datei zeigt. Wie oft diese Verkettung möglich ist, hängt von der
Konfiguration des Systems ab. Symbolische Links werden ebenfalls mit dem Kommando
ln angelegt, man muss dazu lediglich die Option -s benutzen. Im langen Listing werden
sie gemeinsam mit ihrem Ziel angezeigt:
~/versicherung> ln -s ../auto/kuend-vers.txt kuend-auto.txt
~/versicherung> ll
lrwxrwxrwx 1 [...] Dec 8 13:31 kuend-auto.txt -> ../auto/kuend-vers.txt
Hier wird im Verzeichnis versicherung ein symbolischer Link angelegt, der auf einen relativen
Pfad ../auto und dort auf die Datei (oder das Verzeichnis) kuend-vers.txt zeigt.
Hierzu ist weder die Existenz des Verzeichnisses /auto noch die der Datei kuend-vers.txt
notwendig. Falls sie nicht existieren, bekommt man beim Zugriffsversuch eine entsprechende
Fehlermeldung, die sich aber auf die Link-Datei bezieht (hier: kuend-auto.txt: Datei
oder Verzeichnis nicht gefunden).
Das Löschen eines symbolischen Links bewirkt allerdings kein Löschen der Datei, sondern
dann wird der symbolische Link entfernt. Auf einen symbolischen Link können durchaus
auch mehrere ” hard links“ existieren, von solchen Konstellationen ist aber wegen mangelnder
Übersichtlichkeit abzuraten.
Da symbolische Links auch auf Verzeichnisse existieren können, kann das find-Kommando
in eine Endlosschleife geraten, wenn ein Link auf ein übergeordnetes Verzeichnis
zeigt. Aus diesem Grund ignoriert find symbolische Links auf Verzeichnisse, sofern es nicht
ausdrücklich mit der Option -L dazu aufgefordert wird, ihnen zu folgen.
Von symbolischen Links wird auch bei der Systemadministration ausgiebig Gebrauch
gemacht. Schauen Sie beispielsweise einmal ins Verzeichnis /etc/init.d/rc3.d. Es enthält
ausschließlich symbolische Links. Das Verzeichnis /etc/rc.d ist übrigens auch ein
symbolischer Link, der auf /etc/init.d zeigt.
2.3.2 Rechtevergabe bei Links
Wie bereits oben erwähnt, haben die Rechteangaben bei Links keinerlei Bedeutung. Daher
wird bei den meisten Unix-Systemen auch direkt die Rechtemaske der Zieldatei geändert,
wenn man ein chmod-Kommando auf einen symbolischen Link erfolgreich anwendet. Auch
hier ist damit die Verwendung eines symbolischen Links von gleicher Wirkung wie die
Verwendung der Zieldatei selbst.
6

2 LINKS 2.3 Symbolische Links
Übungen hierzu finden Sie im Wissensportal unter Betriebssysteme, Praktische Übungen,
Unix-Kommandos, Datei-Management II, K-XI,
https://www.bg.bib.de/tiki-index.php?page=BES-Uebungen-Unix-Kommandos
$Id: Dateisysteme_Links.tex,v 932efe55f43c 2009/06/18 10:03:42 bibjah $
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