Pojmy: Bootování, dělení disku, BIOS, UEFI a souborový systém

Pojmy jako bootování, rozdělení disku, tabulka rozdělení disku, BIOS, UEFI, souborový systém atd. jsou zejména pro nové uživatele Linux Mintu nepříliš známé a dá se říci i málo oblíbené. Při práci v v tomto operačním systému však na tyto pojmy narazíte velmi často, proto je dobré je znát – pokud možno i podrobněji. Dnešní článek se tak pokusí vyplnit tuto mezeru co možná nejjednodušším způsobem.

 

Úvod

Jedním z prvních rozhodnutí, které musíte uskutečnit při instalaci jakékoliv linuxové distribuce, je rozdělení svého disku, výběr souborového systému a implementace šifrování pro zabezpečení dat. Všechno to pak závisí na použité architektuře a platformě a je dobré pochopit proces bootování.

Řada uživatelů používá systém Linux i Windows na stejném stroji, což je věcí preferencí a potřeb. Většina boot loaderů je dnes už dost chytrá na to, aby rozpoznala libovolný počet operačních systémů na jednom stroji a umí i poskytnout nabídku k zavedení toho či onoho operačního systému. Dalším způsobem, jak dosáhnout stejného cíle je použití virtualizace např. pomocí aplikací Xen, QEMU, KVM nebo jakéhokoliv jiného vámi preferovaného vizualizačního nástroje.

 

Bootování

Bootování (booting) je proces zavedení jádra operačního systému při zapnutí nebo restartování počítače. Jakmile proběhne úspěšný test zavádění systému, tak POST najde a zavede se tzv. bootovací sektor (boot sektor) – tomuto procesu se říká bootování. Bootovací sektor je v tomto případě oblast 512 bajtů na záznamovém médiu, které je jako první nastavené v paměti BIOSu – ESCD (lze změnit v Setupu). Výrobce standardně nastavoval u starších PC jako první bootování z diskety, poté z pevného disku a nakonec z CD mechaniky. U moderních počítačů jsou tyto možnosti nastavitelné. Dnes je možné bootovat i pomocí sítě či USB disku. Bootsektor se nachází na prvním sektoru záznamového média (v případě pevných disků je to válec 0 hlava 0 stopa 0 sektor 1) nastaveného pomocí jumperů na HDD nebo v Setupu jako primární. Pakliže ho BIOS nenajde, zastaví se a vypíše patřičné chybové hlášení.

 

Tabulka rozdělení disku

Slouží k rozdělení fyzického disku na logické diskové oddíly. Tabulka s popisem rozdělení disku se nachází na jeho úplném začátku v takzvaném MBR (Master boot record, tj. prvních 512 bajtů na disku). V tomto prostoru se obvykle kromě tabulky nachází i zavaděč, který rozhoduje, ze kterého oddílu bude následně zaveden operační systém. Tabulka může mít několik různých formátů. Typy oddílů v Linuxu jsou:

• 0x83 Linux (např. ext3, ale ne jen)
• 0x82 Linux swap
• 0xfd Linux RAID autodetect

 

BIOS vs. UEFI

Pokud se nepletu, tak až do konce devadesátých let byl BIOS (Basic Input/Output System) jediný způsob, jak zavést operační systém. BIOS drží informace o oddílech ve speciální oblasti zvané Master Boot Record (MBR) tak, že dodatečný kód je uložen v prvním sektoru každého spuštěníschopného oddílu.

Na konci devadesátých let firma Microsoft intervenovala u Intelu, což mělo za následek vytvoření Universal Extensible Firmware Interface (UEFI), jehož původním účelem bylo bezpečné nastartování systému. Tento mechanismus zavádění systému se ukázal být výzvou pro speciální rootkity, které byly spojené s bootovacími sektory a bylo je velmi těžké odhalit pomocí BIOSu.

 

Bootování s BIOSem

BIOS (Basic Input-Output System) implementuje základní vstupně–výstupní funkce pro počítače IBM PC kompatibilní a představuje vlastně firmware pro osobní počítače. V současné době se BIOS používá hlavně při startu počítače pro inicializaci a konfiguraci připojených hardwarových zařízení a následnému spuštění operačního systému, kterému je pak předáno další řízení počítače. Programový kód BIOSu je uložen na základní desce ve stálé paměti typu ROM, EEPROM nebo modernější flash paměti s možností jednoduché aktualizace.

Zavedení systému pomocí BIOSu vyžaduje přítomnost spouštěcích kódů nebo bootovací sekvence v MBR, který se nachází v prvním sektoru spouštěcího disku. V případě, že je nainstalován více než jeden operační systém, tak dosud nainstalovaný boot loader je nahrazen jedním společným boot loaderem, který automaticky umístí spouštěcí kódy na každý bootovací disk během instalace, což znamená, že uživatel má možnost výběru zavedení některého z nainstalovaných operačních systémů.

 

Bootování s UEFI

UEFI je nejnovější bootovací technologie vyvinutá v úzké spolupráci společnostt Microsoft se společností Intel. UEFI je nový standard, který je oficiálně zaváděn z několika důvodů. Prvním a nejdůležitějším důvodem je podpora Secure boot. Druhým důvodem je využití schopností nových procesorů a ukončení zpětné kompatibility s 16bitovými procesory 8086, které byly v prvních IBM PC kompatibilních počítačích. Třetím důvodem pak je podpora GPT, která umožňuje zavést operační systém z diskových oddílů (resp. pevných disků) větších než 2 TiB (což je limit původního MBR).

Druhý a třetí výše uvedený důvod nemá reálný základ, protože již delší dobu existují varianty BIOSu, které tyto důvody řeší bez nutnosti zavádět zcela nekompatibilní UEFI standard (existuje 32bitový BIOS a existují BIOSy, které umí systém zavést z disků obsahujících GPT tabulku). Faktickým důvodem tak zřejmě je snaha prosadit Secure boot a omezit tak alternativní operační systémy a zavést do startu počítače podporu binárních ovladačů, kdy výrobce hardware nemusí nikomu sdělovat podrobnosti ovládání a nastavení hardware, což umožňuje lépe vynucovat DRM (Digital rights management) kvůli ochraně autorsky chráněného obsahu proti kopírování (písničky, filmy).

Je však možné instalovat Linux v UEFI zakázáním „Secure Boot “ a umožit tak „Legacy Boot“. Bootovací kódy v UEFI jsou pak umístěny v podadresáři /EFI na speciálním oddíle v prvním sektoru disku. UEFI je kritizováno zejména kvůli tomu, že zavádí do systému větší komplikovanost, aniž by přineslo významné výhody a staví se zcela proti open source náhradám BIOSu jakými jsou např. OpenBIOS či Coreboot.

 

Druhy linuxových souborových systémů

Standardní linuxové distribuce umožňují volbu rozdělení disku a jejich formátování souborovými systémy, uvedenými níže, přičemž každý z nich má svůj zvláštní význam.

Souborové systémy tedy jsou:

• ext2
• ext3
• ext4
• JFS
• ReiserFS
• XFS
• Btrfs

 

ext2, ext3, ext4

Jedná se o progresivní verzi Extended Filesystem (ext), která byla v první řadě vyvinuta pro Minix. Druhá rozšířená verze (ext2) byla její vylepšená verze. Ext3 navíc přidala zlepšený výkon a ext4 opět zlepšila výkon a navíc přidala další funkce. Podrobnější článek o techto verzích souborového systému přineseme v některém z dalších článků.

 

JFS

Journaled File System (JFS) byl vyvinut firmou IBM pro AIX UNIX, který byl použit jako alternativa k systému ext. JFS je alternativou k ext4 a v současné době se používá zejména tam, kde je zapotřebí stabilita při použití velmi mála prostředků. Je-li omezeno napájení CPU, tak JFS přijde vhod.

 

ReiserFS

Tento souborový systém byl představen jako alternativa k ext3 se zlepšeným výkonem a pokročilými funkcemi. Bývaly doby, kdy tento souborový systém byl výchozím pro  SuSE Linux, později však ReiserFS vyšel z módy a tak SuSe nezbylo nic jiného, než se vrátit zpět k ext3. ReiserFS dynamicky podporuje System Extension, což je poměrně pokročilá funkce, ale bohužel postrádá výkon v určitých oblastech.

 

XFS

XFS je vysokorychlostní alternativa JFS, zaměřená na paralelní zparcování I/O. Např. NASA stále tento souborový systém používá na svém serveru s kapacitou více než 300 TB úložného prostoru.

 

Btrfs

B-Tree File System (Btrfs) je zaměřen na odolnost proti chybám, odlehčenou administraci, opravy systému, konfiguraci velkých úložišť a je stále ve vývoji. Btrfs se nedoporučuje pro produktivní systémy.

 

Clusterový souborový systém

Clusterový souborový systém není vhodný pro zavedení systému, nejlépe se hodí pro formátování sdíleného úložiště jako náhled prostředí.

 

Nelinuxové souborové systémy

Existuje spousta souborových systémů, které nejsou k dispozici pro Linux, ale používají se v jiných operačních systémech. Např. NTFS od společnosti Microsoft, HFS pro Apple/Mac OS atd.. Většinu z nich lze k namountování v Linuxu použít  pomocí speciálních nástrojů, jako je např. ntfs-3g pro souborový systém NTFS, což ovšem pro Linux není příliš výhodné.

 

Unixový souborový systém

Existují určité formáty souborů obecně používané v Linuxu, ale nejsou vhodné speciálně pro instalaci kořenového systému Linuxu, např UFS v BSD. Ext4 je tak preferovaným a nejpoužívanější souborovým systémem v Linuxu. V určitých zvláštních případech se používají souborové systémy XFS a ReiserFS. Btrfs je stále ještě používán víceméně experimentálně.

 

Rozdělení disku

V první fázi práce s diskem je nejdůležitější jeho rozdělení na patřičné oddíly (particie). Při dělení disku bychom bychom měli mít na zřeteli tyto body:.

• Vytvoření oddílu pro zálohování a obnovu
• Prostorové omezení
• Správa disků – administrativní funkce

 

Logical Volume Management

LVM je komplexní rozdělení disku, používané u instalací na velké úložné prostory. Struktura LVM překrývá rozdělení skutečného fyzického disku.

 

Swap

Swap (odkládací prostor) se používá pro stránkování paměti v Linuxu zejména během hibernace systému. Stávající stav systému je okamžitě zapsán do oddílu Swap, pokud je systém pozastaven (hibernován). Systém, který má být pozastaven v režimu hibernace potřebuje odkládací prostor rovnající se velikosti jeho RAM.

 

Šifrování

Poslední fází je šifrování dat, které zajišťuje jejich bezpečnost. Šifrování může být na úrovni disku i adresáře. Při šifrování disku je celý disk zašifrován a vyžaduje speciální kódy pro dešifrování. Což je však poněkud složitější problém. Dešifrovací kód nemůže být na stejném disku jenž je zašifrován, a proto je zapotřebí mít speciální hardware nebo k tomu určenou základní desku.

Šifrování adresáře je snadnější a méně složité. V takovém případě dekódovací kód zůstává na stejném disku, v některém jiném adresáři.

V dnešním článku jsme si poněkud hlouběji posvítili na správu souborových systémů, stejně jako na správu disků. Obojí je dobré znát, neboť nikdy nevíte, kdy se vám to bude hodit.