Linuxfibel - Das Dateisystem - Verzeichnisstruktur

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[Bearbeiten] Strukturierung ist notwendig

Abbildung 1: Die Linux-Verzeichnisstruktur

Bei der Unmenge von Dateien in Unix-Systemen (auf meinem System sind es 106839!) ist eine hierarchische Struktur unabdingbar. Lange Zeit brachte jedes Unix-Derivat seine eigenen Vorstellungen vom Aufbau seiner Dateiverwaltung mit, aber unterdessen ist sich ein Gremium, bestehend aus den wichtigsten Unix-Distributoren, System- und Paketentwicklern, mehr oder weniger einig geworden und erarbeitete den Filesystem Hierarchy Standard (FHS), der wichtige Strukturen definiert. Die meisten Distributionen folgen diesen Richtlinien, wobei Abweichungen oft durch unterschiedliche Auslegung des Standards begründet werden.

Neben der Beschreibung der vorgesehenen Verwendung jedes Verzeichnisses werden auch konkrete Kommandos genannt, die mindestens in diesen Verzeichnissen vorhanden sein müssen. Des Weiteren finden systemspezifische Vorgaben und optionale Komponenten Erwähnung.

[Bearbeiten] Ausgangspunkt ist die Wurzel (auch als Root bezeichnet)

Sobald der Kernel aktiv ist, lädt er als erstes das Root-Dateisystem, in dem alle für die Aufgaben des Kernels notwendigen Programme und Konfigurationsdateien angesiedelt sein müssen.

Zu den Programmen gehören:

Dienstprogramme zum Prüfen und Reparieren des Dateisystems
Programme zum Sichern der Systemdaten und zur Installation neuer Systemteile
Eventuell wichtige Netzwerkprogramme

[Bearbeiten] Verzeichnisse in der Wurzel

Wenden wir uns also zunächst dem Inhalt des Wurzelverzeichnisses zu. Verzeichnisse und Dateien, die als optionale Komponenten im Standard enthalten sind, werden farblich hervorgehoben.

[Bearbeiten] /bin

Die wichtigsten Kommandos, um mit dem System arbeiten zu können, finden Sie hier. Sie dürfen von jedem Benutzer ausgeführt werden. Zu den Kommandos gehören cat, chgrp, chmod, chown, cp, date, dd, df, dmesg, echo, ed, false, kill, ln, login, ls, mkdir, more, mount, mv, ps, pwd, rm, rmdir, sed, setserial, sh, stty, su, sync, true, umount, uname (sh ist in Linuxsystemen zumeist ein Link auf bash).

[Bearbeiten] /boot

Hier finden Sie die statischen Dateien des Bootmanagers und die Kernel (In früheren Linux-Versionen wurden der »Haupt«-Kernel im Root-Verzeichnis installiert und nur die optionalen Kernel in diesem Verzeichnis.).

[Bearbeiten] /dev

In diesem Verzeichnis stehen die Treiber zur Ansteuerung der gesamten Hardware (Festplatte, Floppy, RAM...). Gemäß der UNIX-Philosophie »Alles ist eine Datei« werden diese Treiber durch Dateien repräsentiert, die so genannten Gerätedateien (»device special files« oder »device nodes«). Einige dieser Gerätedateien erfüllen spezielle Aufgaben (Beispiele finden Sie an etlichen Stellen des Buches) und sind mit keiner realen Hardware verbunden. Dennoch stellen sie aus Sicht des Systems Treiber dar.

Wenn Sie sich den Inhalt des Verzeichnisses »/dev« betrachten, entdecken sie unzählige Einträge, deren Anzahl unmöglich der vorhandenen Hardware entsprechen kann. Tatsächlich wurde für jedes denkbare Stück Hardware vorsorglich ein solcher »Eintrittspunkt« geschaffen, dessen definierter Name es Anwendungsprogrammen erst ermöglicht, auf ein konkretes Gerät zuzugreifen. Solange keine entsprechende Hardware und der zugehörige Treiber installiert wurden, sind diese Eintrittspunkte nur »leere Hülsen« und würde eine Anwendung darauf zugreifen, erhielte sie eine Fehlermeldung, dass das angeforderte Gerät nicht verfügbar ist.

Obige Verfahrensweise beinhaltet jedoch einige Schwächen, auf die wir im einzelnen an dieser Stelle nicht eingehen werden. Als Lösung bahnt sich seit Kernelversion 2.4. das so genannte Device File System an, womit erst bei der Registrierung eines Treibers beim Kernel eine entsprechende Gerätedatei unterhalb von »/dev« generiert wird. Noch dazu werden Geräte entsprechend ihrer Klasse (bspw. IDE-Festplatten, Terminals, SCSI-Geräte) in separate Unterverzeichnisse eingeordnet, sodass der Inhalt von »/dev« die tatsächliche Hardware des Systems in struktuierter Form repräsentiert. Im Abschnitt Systemadministration - Dateisysteme widmen wir uns konkret diesem neuen Dateisystem.

Noch aktiviert keine Distribution standardmäßig das neue Verfahren und selbst bei dessen Verwendung werden zur Unterstützung älterer Programme die »alten« Gerätedateien zusätzlich verwendet (ein Prozess überwacht hierzu die Anforderungen der Programme und kümmert sich ggf. um das Mapping auf die neuen Einträge unter »/dev«), sodass nachfolgende Aussagen weiterhin ihre Gültigkeit behalten.

Drei Informationen sind für jedes Device relevant:

[Bearbeiten] Art des Zugriffs

brw-rw-rw-   1 root     disk       2,   0 Nov  8 20:48 /dev/fd0
crw-rw----   1 root       lp       6,   0 Nov  8 20:48 /dev/lp0

Blockorientiert (b) - gepufferter Zugriff, z.B. Festplatten
Zeichenorientiert (c) - ungepufferter Zugriff, z.B. Bildschirm, Drucker

[Bearbeiten] Hauptgerätenummer (major device number)

brw-rw-rw-   1 root     disk       2,   0 Nov  8 20:48 fd0
crw-rw-rw-   1 root      tty       2,   0 Nov  8 20:48 ptyp0

Diese Nummern spezifizieren den zu verwendenden Treiber. Befinden sich im System bspw. zwei IDE-Festplatten, werden beide über einunddenselben Treiber angesprochen. Nicht allein die Nummer benennt den Treiber, sondern die Art des Geräts (zeichen- und blockorientiert) ist ebenso entscheidend. Identische Nummern für zeichen- und blockorientierte Geräte (z.B. Nummer 2 für Pseudoterminals (c) und Floppys (b)) beziehen sich also auf unterschiedliche Treiber!

Die Hauptgerätenummern werden von einer zentralen Instanz verwaltet; der aktuelle Stand bei Auslieferung der Kernelquellen ist in der Datei »/usr/src/linux/Documentation/devices.txt« zu finden.

[Bearbeiten] Nebengerätenummer (minor device number)

brw-rw-rw-   1 root     disk      2,  0 Nov  8 20:48 /dev/fd0

Diese Nummer dient dem Treiber zu entscheiden, welche Instanz einer Hardware anzusprechen ist. Sind bspw. vier IDE-Festplatten im System installiert, erkennt der Treiber anhand der Nebengerätenummer, ob er den Master oder den Slave des ersten oder zweiten IDE-Controllers anzusteuern hat.

[Bearbeiten] Spezielle Devices

Als erstes Beispiel eines solchen »Pseudotreibers« soll hier /dev/null, der »Mülleimer von Unix« angeführt werden. Sie werden bei der täglichen Arbeit mit Linux noch genügend Situationen erfahren, in denen Sie die Bildschirmausgaben von Programmen gern unterdrücken möchten. Im vorhergehende Kapitel zu den Grundlagen der Bash haben Sie die Umleitung der Ausgaben in eine Datei kennen gelernt. Das Resultat wäre eine Datei. Sie könnten sie abschließend löschen oder aber gleich anstatt der regulären Datei den Mülleimer verwenden:

user@sonne> find / -name "*" 2> /dev/null

Sie verstehen das Beispiel nicht? Dann arbeiten Sie bitte nochmals den Abschnitt Ein/Ausgabe-Umleitung durch.

[Bearbeiten] Wichtige Gerätedateien

cdrom

Link auf eine entsprechende Datei (z.B. cdu535)

cua*

(Veraltetes) Devices für serielle Schnittstellen, das für ausgehende Modemverbindungen verwendet wurde (und in manchen Distributionen noch immer wird). Physisch zeigt ein solches Device auf dasselbe Gerät wie /dev/ttys*, jedoch blockiert ein Programm nicht, wenn es das Gerät eröffnet und noch kein Verbindungssignal anliegt. Aktuell sollten die Schnittstellen /dev/ttyS* bevorzugt werden.

fd*

Diskettenlaufwerke

hd*

IDE-Festplatten

kmem

Speicherauszug (core)

lp

Parallele Schnittstellen

mouse

Link auf die entsprechende Datei

port

IO-Ports

sd*

SCSI-Festplatten

tty*

Terminalkonsolen

ttys*

(Veraltetes) Device für die seriellen Schnittstellen, das vornehmlich zur Überwachung eingehender Verbindungen genutzt wurde. Ein Programm, das diese Datei eröffnet, wird blockiert, solange das Modem kein »Carrier Detect« meldet. Aktuell sollten die Schnittstellen /dev/ttyS* bevorzugt werden.

ttyS*

(Neues) Device für die seriellen Schnittstellen, das sowohl für eingehende als auch für ausgehende Verbindungen genutzt werden sollte. Die bei /dev/cua* und /dev/ttys* angedeuteten Probleme mit blockierenden Programmen werden vollkommen durch den Kernel behandelt. Somit ist es (ohne Umwege) möglich, auf einer Schnittstelle auf eingehende Verbindungen zu warten. Solange eine solche Verbindung nicht eröffnet wurde, kann auf derselben Schnittstelle eine ausgehende Verbindung eröffnet werden. Für den Zeitraum einer aktiven Verbindung bleibt der jeweils andere Prozess blockiert.

[Bearbeiten] /etc

Enthält alle lokalen Konfigurationsdateien (Tastatur, X, Netzwerk, fstab...)

[Bearbeiten] /home

Alle Heimatverzeichnisse der Nutzer finden Sie standardmäßig hier. Nach dem Login landet jeder Benutzer i.d.R. in seinem »Home«. Heimatverzeichnisse können vom Systemverwalter auch an anderer Stelle angesiedelt werden.

[Bearbeiten] /lib

Die beim Systemstart benötigten Bibliotheken stehen hier. Ebenso liegen die Kernelmodule in einem eigenen Unterverzeichnis unterhalb von /lib.

[Bearbeiten] /mnt

Mountpunkt für das temporäre Einbinden von Dateisystemen

[Bearbeiten] /media

Mountpunkt für Wechseldatenträger, wie z. B. Floppy, CD/DVD, USB-Stick usw.

[Bearbeiten] /opt

Software, die nicht zum üblichen Installationsumfang von Unix-Systemen gehören, werden oft unter diesem Zweig installiert. So werden nahezu alle kommerziellen Softwarepakete hier eingerichtet; auch die Programme zur KDE befinden sich hier.

[Bearbeiten] /root

Heimatverzeichnis des Administrators. In realen Unix-Installationen werden die Heimatverzeichnisse aller Benutzer oft auf einem Server gehalten. Bei einem Ausfall eines solchen Servers sollte aber zumindest Root in der Lage sein, vernünftig mit dem System zu arbeiten. Daher liegt dessen Heimatverzeichnis direkt unterhalb der Verzeichnisbaumwurzel.

[Bearbeiten] /sbin

Wichtige Systemprogramme (beim Booten benötigt; Ausführung erfordert Root-Rechte)

[Bearbeiten] /tmp

Temporäre Dateien können hier abgelegt werden, jeder Nutzer ist dazu berechtigt.

[Bearbeiten] /usr

Die zweite Hierarchie

[Bearbeiten] /var

Variable Daten

[Bearbeiten] Verzeichnisse unter /usr

Der Filesystem Hierarchie Standard bezeichnet die Verzeichnisse unter /usr (unix system ressources) als »zweite Hierarchie«. Schauen wir uns an, was dort stehen sollte:

X11R6     X Window System (Version 11, Release 6)
X386      X Window System (Version 11, Release 5 auf x86er)
bin       Die meisten Nutzerprogramme
games     Spiele und Lernprogramme
include   Headerdateien für C-Programme
lib       Allgemeine Bibliotheken (außer X11)
local     Lokale Hierarchie. Hier hat der Administrator die Möglichkeit, Nicht-Standard-Pakete einzuspielen.
sbin      (weniger wichtige) Systemprogramme
share     Architektur-unabhängige Dateien
src       Quelldateien zu den Paketen

[Bearbeiten] Links unter /usr

Einige (symbolische) Links sind ebenso vorgeschrieben:

/usr/spool        Link auf /var/spool
/usr/tmp          Link auf /var/tmp
/usr/spool/lock   Link auf /var/lock

[Bearbeiten] Verzeichnisse unter /var

Es gibt eine Menge Daten, die permanenter Veränderung unterliegen oder nur kurze Zeit existieren. Protokollierungen fallen ebenso in diese Kategorie, wie auch Mails, zu druckende Dateien, News, ... Insbesondere auf Servern sollte dem Verzeichnis »/var« eine eigene Partition gegönnt werden.

account   Prozessnutzungsprotokoll (falls unterstützt)
cache     Zwischenspeicher von Programmen
crash     Speicherauszug bei Systemabsturz (falls unterstützt)
games     Variable Spieledaten 
lock      Sperren (Dateien, Geräte, etc.)
log       Protokolle über Systemvorgänge
mail      Mailboxen der Nutzer
opt       Variable Daten der optionalen Programme
run       Dateien zu laufenden Prozessen
spool     Von Anwendungen gespoolte Daten
state     Variable Status Informationen
tmp       Temporäre Dateien, die zwischen Reboots erhalten bleiben
yp        Dateien des Network Information Systems

[Bearbeiten] Linux Systeme

Speziell für Linux-Systeme definiert der Standard Weiteres:

allgemein  Der Name des Standard-Kernels ist vmlinux oder vmlinuz
/dev       Enthält nur die im Dokument »Linux Allocated Devices« beschriebenen Links (sonst wie oben)
/proc      Enthält Kernel- und Prozessinformationen in einem virtuellen Dateisystem
/sbin      Enthält zusätzlich Routinen zum ext2-Dateisystem und lilo
/usr/src   Enthält zusätzlich die Kernelquellen

Des Weiteren werden im Standard Daten nach folgenden Kriterien unterschieden:

Statische und variable Daten
Gemeinsam und exklusiv nutzbare Daten