Betriebssysteme UNIX/Linux Übungsthema 2 Das UNIX Datei- und Verzeichnis-System. Dirk Wenzel Dr. Jörg Gruner

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1 Betriebssysteme UNIX/Linux Übungsthema 2 Das UNIX Datei- und Verzeichnis-System Dirk Wenzel Dr. Jörg Gruner SS 2006

2 Inhalte: Die UNIX Dateisystem- und Verzeichnis-Struktur Datei- und Verzeichnis Kommandos Hard- und Soft-Links erstellen Wildcard-Dateinamenerweiterungen 1. Das UNIX-Dateisystem (Filesystem) Das UNIX-Betriebssystem (Operating System) baut auf dem Konzept eines speziellen Dateisystems auf, welches zum Verwalten aller Informationen und Anwendungen verwendet wird, die im Laufe seiner Betriebszeit anfallen. Man hat einen Standard definiert, der den Aufbau dieses Dateisystems regelt und der als Empfehlung gilt (FHS 1.0, file hirarchie standard). Das Dateisystem enthält den Betriebssystem-Kernel selbst, die ausführbaren Dateien für die Betriebssystem-Kommandos, Konfigurations-Informationen, temporäre Arbeitsdateien, User- Daten und verschiedene spezielle Dateien, welche benötigt werden um den Zugriff auf die Systemhardware und Betriebssystem-Funktionen zu steuern. Im UNIX-Dateisystem gibt es die folgenden vier Ablagetypen: 1. normale Dateien (Ordinary Files) Normale Dateien können Text, Daten oder Programminformationen beinhalten. Dateien können keine anderen Dateien oder Verzeichnisse enthalten. Im Vergleich zu anderen Betriebssystemen bestehen in UNIX Dateinamen nicht zwingend aus dem Namen und einer Erweiterung (z.b. anwendung.exe). Es können aber selbstverständlich Erweiterungen verwendet werden, um Dateitypen zu klassifizieren. Es können für den Dateinamen alle Zeichen der Tastatur verwendet werden und die Länge kann bis zu 256 Zeichen haben. Man sollte allerdings Zeichen wie *,?, $, # und & vermeiden, da diese eine besondere Bedeutung in den meisten Kommando-Interpretern (shells) haben! Leerzeichen (spaces) in Dateinamen machen den Umgang mit ihnen schwierig, es ist besser als Trenner den "_" zu verwenden! 2. Verzeichnisse (Directories) Verzeichnisse sind Container bzw. Ordner und können Dateien und weitere Unterordner enthalten. 3. Geräte (Devices) Um Anwendungen beim Zugriff auf die Hardware-Geräte zu unterstützen, stellt UNIX den Zugriff über Dateien (Devices) her. Es gibt zwei Arten von devices in UNIX: block-oriented Die Daten werden in Blöcken übertragen (z.b. Festplatten, etc.) character-oriented Die Daten werden zeichenweise übertragen (z.b. Modems, etc.) 4. Verknüpfungen (Links) Eine Verknüpfung (Link) ist ein Zeiger auf eine andere Datei. Es gibt zwei Arten von Verknüpfungen: Hard-Link Soft-Link bzw. Symbolic-Link Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 1

3 2. Typische UNIX Verzeichnis-Struktur Das UNIX-Dateisystem ist als hierarchische Baumstruktur ausgelegt, welche als Wurzelelement das sogenannte root-verzeichnis hat. Das root wird im Verzeichnisbaum mit dem Zeichen "/" dargestellt. Wegen der Baumstruktur des Dateisystems kann nun ein Verzeichnis eine Menge Unterverzeichnisse (Kinder bzw. childs) haben, aber immer nur ein Elternverzeichnis! Beispiel eines UNIX-Dateisystems: / bin sbin home tmp lib usr var ute frank agim bin lib work play Um ein bestimmtes Verzeichnis in der Baumstruktur anzusprechen, muss ein Pfad (path) durch den Baum definiert werden. Dieser Pfad kann als absoluter Pfad vom Wurzelverzeichnis "/" aus oder als relativer Pfad vom aktuellen Verzeichnis aus definiert werden. Bei einer Pfadangabe muss jedes Verzeichnis entlang des Weges durch den Baum von der Quelle bis zum Ziel angegeben werden. Die einzelnen Verzeichnisse werden durch das slash-zeichen "/" getrennt. Zum Umgang mit relativen Pfaden stellt UNIX die Kurzzeichen "." und ".." zur Verfügung. "." gibt das aktuelle Verzeichnis an und ".." steht für das Elternverzeichnis (parent-directory). Beispiele: Der absolute Pfad zum Verzeichnis play ist: /home/frank/play Der relative Pfad, wenn man sich im Verzeichnis ute befindet, ist:../frank/play Typische Verzeichnisse in UNIX-Betriebssystemen: Verzeichnis typische Inhalte / Das Wurzelverzeichnis root /bin low-level System-Programme /usr/bin higer-level System- und Anwender-Programme /sbin Super-User System-Programme zur Systemadministration /lib Programm-Bibliotheken (Sammlungen von Systemaufrufen, welche von einem Compiler in Programme eingebunden werden können) /usr/lib Programm-Bibliotheken für higher-level Anwender-Programme /tmp temporäre Dateien als Zwischenspeicher /home oder /homes Home-Verzeichnisse der Benutzer, privater Speicherbereich der eingerichteten Benutzer. Die Verzeichnisse sind nach den eingerichteten Benutzern benannt /etc UNIX System. und Konfigurations-Dateien /dev Hardware Geräte (hardware devices) /proc Ein Pseudo-Dateisystem, welches als Schnittstelle zum Kernel benötigt wird. Es beinhaltet ein Unterverzeichnis für jedes aktive Programm oder jeden aktiven Prozess. Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 2

4 3. Verzeichnis- und Datei-Kommandos Anzeigen des aktuellen Arbeitsverzeichnisses (print [current] working directory) > pwd pwd zeigt den vollen absoluten Pfad zur aktuellen Position im Dateisystem an. Inhalt eines Verzeichnisses anzeigen (list directory) > ls [optionen] ls listet den Inhalt eines Verzeichnisses auf. Falls kein Zielpfad angegeben ist, wird der Inhalt des aktuellen Verzeichnisses angezeigt. Ist das aktuelle Arbeitsverzeichnis /, könnte die Ausgabe wie folgt aussehen: > ls bin dev home mnt share usr var boot etc lib proc sbin tmp vol ls zeigt nicht alle Einträge in einem Verzeichnis. Dateien die mit einem Punkt ".dateiname" beginnen, werden nicht angezeigt. Der Grund dafür ist, das diese Dateien meist wichtige Konfigurationsinformationen beinhalten, welche unter normalen Umständen nicht geändert werden sollen. Fall Sie alle Dateien sehen wollen, verwenden Sie die Option a. > ls a Um mehr Informationen zu dateien und Verzeichnissen zu bekommen wie z.b. Größe, Typ (Datei, Link oder Verzeichnis), Rechte und deren Namen, verwenden Sie die Option l. > ls a l bzw. > ls al Es muss nicht für jede Option das "-" gesetzt werden, es reicht einmal und dann die Angabe aller gewünschten Optionen hintereinander ohne Leerstellen. Die Zeilenausgabe sieht nun wie folgt aus: Zugriffsrechte Eigentümer Größe Name drwxr-xr-x 3 frank users 4096 Oct 21 10:00 stundenplan Typ Links Gruppe Datum Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 3

5 Es bedeutet: o Typ (type): Die Angabe ist ein Zeichen lang und gibt Auskunft über den Typ der gespeicherten Information. Es sind die folgenden fünf Typen definiert: d Verzeichnis (directory) - normale Datei (ordinary file) l symbolische Verknüpfung (symbolic link, soft-link) b blockorientiertes Gerät (block-oriented device) c zeichenorientiertes Gerät (character-oriented device) o Zugriffsrechte (permissions): Ein neunstelliger Zeichensatz definiert die Zugriffsrechte für Benutzer. Die neun Zeichen sind in je drei Zugriffsrechte für drei Benutzergruppen aufgeteilt. Die Benutzergruppen sind der Benutzer dem die Datei gehört (owner), die Gruppe welcher der Benutzer angehört (group) und andere Benutzer (others). Wird ein Zeichen "r", "w" oder "x" angezeigt, so ist das Recht gesetzt. Ansonsten wird ein "-" angezeigt, somit ist das Recht nicht gesetzt. Als Zugriffsrechte sind folgende Flags definiert: r Leserecht (read) w Schreibrecht (write) x Ausführungsrecht (execute) o Links (links): Die Zahl gibt an, wie viele Verknüpfungen (Zeiger) auf die Datei bzw. das Verzeichnis gesetzt sind. o Eigentümer (owner): Dies ist der Ersteller der Datei oder des Verzeichnisses. o Gruppe (group): In einer Gruppe kann man für alle Mitglieder gemeinsame Zugriffsrechte auf Dateien und Verzeichnisse festlegen. o Größe (size): Hier wird die Größe einer Datei oder die Anzahl von Bytes, die vom Betriebssystem benötigt werden, eine Liste von Dateien in einem Verzeichnis zu speichern, angegeben. o Datum (date): Dies ist das Datum, an dem die Datei erstellt oder das letzte mal verändert wurde. o Name (name): Dies ist der Name der Datei oder des Verzeichnisses. ls hat noch mehr Optionen, welche Sie in den man-pages nachlesen können. > man ls bzw. > info ls Das Wechseln von Verzeichnissen (change [current working] directory) Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 4

6 > cd path Mit cd wird zum angegebenen Pfad gewechselt, wobei die Pfadangabe absolut oder auch relativ erfolgen kann. Eine sehr oft genutzte Variante ist: > cd.. // Wechsel in das Elternverzeichniss, also eine Ebene höher Die Verwendung von cd ohne Angabe von Optionen und Pfaden > cd bringt Sie wieder in ihr Home-Verzeichnis. Dies ist besonders hilfreich, wenn man sich einmal völlig verlaufen hat im Verzeichnisbaum. Möchte man nach einem Wechsel in ein anderes Verzeichnis wieder in das vorherige Verzeichnis zurückkehren, kann man dies mit > cd - tun (vergleichbar mit UNDO). Erstellen von Verzeichnissen (make directory) > mkdir directory Erstellt ein Unterverzeichnis mit dem Namen directory im aktuellen Arbeitsverzeichnis. Unterverzeichnisse können nur erstellt werden, wenn der Benutzer Schreib-Rechte (write permission) im entsprechenden Arbeitsverzeichnis besitzt! Löschen von Verzeichnissen (remove directory) > rmdir directory Löscht ein Unterverzeichnis mit dem Namen directory im aktuellen Arbeitsverzeichnis. Man kann Unterverzeichnisse nur löschen, wenn diese komplett leer sind (also auch ohne versteckte Dateien)! Ausgenommen die Einträge "." und "..". Möchte man ein Verzeichnis rekursiv löschen, d.h. auch alle Unterverzeichnisse, so kann die Option R verwendet werden. > rmdir R directory Kopieren von Dateien und Verzeichnissen (copy file/directory) > cp quell-datei(en) ziel cp wird verwendet um Kopien von Dateien oder vorhandenen Verzeichnissen zu erstellen. Die Funktionsweise ist abhängig von der ziel-angabe. Es kann eine, und dann auch nur eine, Datei mit einem neuen Namen in ein Verzeichnis kopiert werden. Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 5

7 Bsp.: > cp stundenplan /home/frank/neuer_stundenplan Soll die Datei mit dem selben Namen gespeichert werden, reicht für Ziel die reine Pfadangabe. Bsp.: > cp stundenplan /home/frank Soll ein Verzeichnis kopiert werden, wird > cp quell-verzeichnis ziel-verzeichnis verwendet. Um auch alle Unterverzeichnisse mitzukopieren wird die Option rd gesetzt. > cp rd quell-verzeichnis ziel-verzeichnis Bsp.: > cp rd /home/frank /tmp Weitere Informationen finden Sie in den man-pages. Verschieben und Umbenennen von Dateien und Verzeichnissen (move file/directory) > mv quelle ziel mv ist ein häufig verwendetes Kommando, es dient dem Verschieben und Umbenennen von Dateien und Verzeichnissen. Ist quelle ein vorhandenes Verzeichnis, so wird das Verzeichnis nach /ziel/quelle verschoben. Sind quelle und ziel beides Dateien, so wird quelle in ziel umbenannt. ACHTUNG: Existiert bereits eine Datei mit Namen ziel im Verzeichnis, so wird diese überschrieben. Hier kann die Option i hilfreich sein, diese bringt vor dem Überschreiben eine Abfrage, welche dann erst bestätigt werden muss! > mv -i quelle ziel Löschen von Dateien (delete file) > rm quell-datei(en) Löscht die unter quell-datei(en) angegeben Dateien. ACHTUNG: Im Gegensatz zu anderen Betriebssystemen ist es unter UNIX nicht möglich, einmal gelöschte Dateien wieder herzustellen! Es gibt keinen sogenannten Mülleimer als temporäre Zwischenablage vor dem endgültigen löschen. Man sollte also darauf achten, evtl. von wichtigen Dateien Backups zu machen. Verwenden Sie dieses Kommando also mit Vorsicht! Auch hier kann die Option i als Sicherheitsabfrage vor dem endgültigen Löschen gesetzt werden. Bsp.: > rm i stundenplan Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 6

8 rm: remove 'stundenplan' rm kann ebenso wie rmdir zum Löschen von Verzeichnissen sowie deren Inhalte und aller Unterverzeichnisse verwendet werden. Hierzu wird die r Option gesetzt. Sollen auch noch alle Meldungen unterdrückt werden, tut dies die Option f (force). ACHTUNG: Dieses Kommando ist allerdings mit größter Vorsicht zu verwenden. Was würde wohl passieren, wenn der Systemadministrator das Home-Verzeichnis von Frank löschen möchte, sich aber versehentlich bei der Eingabe wie folgt vertut? Bsp.: > rm rf / home/frank Dies wäre die richtige Eingabe gewesen. > rm rf /home/frank Anzeigen der Inhalte von Dateien (catenate/type) > cat ziel-datei(en) Anzeige des Inhalts von ziel-datei(en) auf dem Bildschirm. Bei der Angabe von mehreren Dateien werden die Inhalte nacheinander aufgelistet. cat kann auch zum Erzeugen von Dateien verwendet werden, in die direkt über die Tastatur hineingeschrieben werden kann. ">" ist der output-redirection Operator, er leitet die Eingabe über Tastatur in die Datei um (wird in der nächsten Übung noch behandelt). Versuchen Sie einmal folgendes kleines Beispiel: > cat > hello.txt hello world! [ctrl-d] > ls hello.txt hello.txt > cat hello.txt hello world! > Anzeigen der Inhalte von Dateien seitenweise (more und less) > more ziel-datei(en) Anzeige von Dateiinhalten auf dem Bildschirm, mit Anhalten der Auflistung, wenn eine Bildschirmseite erreicht ist. Der Benutzer wird aufgefordert eine Taste zu drücken, um die nächste Bildschirmseite anzuzeigen. Dieses Kommando ist besonders hilfreich beim Anschauen sehr langer Dateien. Es bietet zudem eine Suchfunktion an. Durch Eingabe des Zeichens "/" gefolgt von einem Suchbegriff wird die Datei nach dem Begriff durchsucht. more kann auch dazu verwendet werden, andere Kommandos zu unterbrechen sobald bei einer Auflistung eine Bildschirmseite voll ist. Das Zeichen " " ist der Pipe-Operator, er leitet die Ausgabe eines Kommandos als Eingabe in das nachfolgende Kommando um. > ls l more Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 7

9 less ist ähnlich wie das Kommando more, hat jedoch noch ein paar Extras. Es bietet die Möglichkeit vor- und zurückzublättern in der aktuellen datei. less ist kein Standard Kommando unter UNIX und steht somit unter Umständen bei manchen UNIX-Systemen nicht zur Verfügung. 4. Erstellen von Hard- und Soft-Links Direkte (hard) und indirekte (soft bzw. symbolic) Linksvon einer Datei oder einem Verzeichnis zu einer/einem anderen können mit dem Kommando ln gesetzt werden. > ln dateiname linkname Das Kommando erzeugt einen neuen Verzeichniseintrag für dateiname mit Namen linkname (linkname ist hierbei ein hardlink, also eine physikalische Kopie). Beide Verzeichnisse sind identisch und haben einen link-count von 2. Wird in linkname bzw. dateiname etwas verändert, werden die Änderungen automatisch auf die verknüpfte Datei übertragen. Es sind also zwei verschiedene Verzeichniseinträge, welche auf die gleiche Datei zeigen. Um einen Soft-Link zu erzeugen wird die Option s verwendet. > ln -s dateiname linkname linkname ist hier keine physikalische Kopie, sondern ein Zeiger auf dateiname. Der Softlink ist beim Listing mit ls l an dem ersten Zeichen "l" in der Zeile zu erkennen. Diese steht für Softlink. Bsp.: > ln s hello.txt softlink.txt > ls l softlink.txt lrwxrwxrwx 1 frank users 16 softlink.txt -> hello.txt > Der Linkzähler der Quelldatei bleibt hierbei unverändert. Die Zugriffsrechte eines symbolischen Links werden nicht benötigt und sind einfach auf rwxrwxrwx gesetzt. Es gelten die Zugriffsrechte für den Link, wie sie in der verknüpften Datei gesetzt sind. 5. Suchoperatoren zur mehrdeutigen Dateisuche (wildcards) Für die Suche nach ähnlichen Dateinamen können spezielle Suchzeichen- bzw. -folgen verwendet werden. Die Regeln dabei sind:? Das Fragezeichen lässt jedes einzelne Zeichen zu. * Der Stern lässt alle Zeichen zu. [ausdruck] {ausdruck} Es werden alle Namen aufgelistet, welche den Ausdruck in den eckigen Klammern an einer beliebigen Stelle enthalten. Es werden Kombinationen der Ausdrücke in den Klammern gebildet, genauer das kartesische Produkt. Dabei sind mehrere Klammerblöcke Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 8

10 hintereinander möglich und die Ausdrücke in den Klammern werden durch Komma getrennt. Beispiele:??? listet beliebige Dateinamen, die genau drei Zeichen lang sind.?ell? listet beliebige Dateinamen, die genau fünf Zeichen lang sind und in der Mitte ell stehen haben. he* listet alle Dateinamen, die mit he beginnen. [m-z]*[a-l] listet alle Dateinamen, die mit einem Zeichen von m bis z beginnen und mit einem Zeichen von a bis l enden. {/usr,}{/bin,/lib}/file wird erweitert zu /usr/bin/file, /usr/lib/file, /bin/file und /lib/file. Ein Beispielaufruf in der shell könnte wie folgt lauten: > ls al [a-c]* //listet alle Dateien, die mit a, b und c beginnen. 6. Umgang mit reservierten Zeichen für Shell-Kommandos (quotes) Wie wir in dieser Übung erfahren haben, werden also gewisse Zeichen (wie z.b. '*', '-', '#', '[' usw.) von der Shell für spezielle Anwendungen interpretiert. Möchte man aus irgendeinem Grunde diese Zeichen trotzdem verwenden, so kann man durch das Voranstellen sogenannter quotes die Interpretation ausschalten. Es gibt drei Ebenen von quoting-zeichen: 1. Versuchen Sie ein \ vor das Zeichen zu setzen. 2. Verwenden Sie doppelte Anführungszeichen "argumente um die Argumente 3. Verwenden Sie einfache Vorwärts-Anführungszeichen "argumente" um die Argumente 4. Einfache Rückwärts-Anführungszeichen `command` können verwendet werden, um die Ausgabe eines Kommandos als Eingabeargument für ein aufrufendes Kommando zu verwenden wie z.b.: > hostname linux_rechner > echo mein rechner hat den namen `hostname` mein rechner hat den namen linux_rechner Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 9

11 Übungsblatt 2: Das UNIX Datei- und Verzeichnis-System 1. Öffnen Sie in Linux eine Shell, probieren Sie die folgenden Kommandos nacheinander aus und interpretieren Sie diese. Schreiben Sie hinter den Kommandos ihre Erkenntnisse auf. > cd > pwd > ls al > cd. > pwd > cd.. > pwd > ls al > cd.. > pwd > ls al > cd.. > pwd (was passiert?) > cd /etc > ls al more > cat passwd > cd > pwd 2. Fahren Sie fort mit der Erkundung des Dateisystembaums mit Hilfe der Kommandos cd, ls, pwd und cat. Schauen Sie sich die Inhalte der Verzeichnisse /bin, /usr/bin, /sbin, /tmp und /boot an. Was sehen Sie darin? 3. Schauen Sie sich das Verzeichnis /dev an. Können Sie erkennen, welche Geräte (devices) installiert sind? Welche sind zeichenorientiert und welche sind blockorientiert? Können Sie ihr tty-device (terminal) erkennen? (who am I kann helfen) Wem gehört das tty? (verwenden Sie ls l) 4. Schauen Sie sich das Verzeichnis /proc an. Schauen Sie sich die Inhalte der Dateien interrupts, devices, cpuinfo, meminfo und uptime mit Hilfe des Kommanos cat an. 5. Wechseln Sie in das Home-Verzeichnis einer ihrer KommolitonenInnen (fragen Sie bitte vorher aus datenschutzrechtlichen Gründen nach Erlaubnis!). Verwenden Sie das Kommando cd ~<Benutzername> und listen Sie sich die Inhalte mit ls l auf. Versuchen Sie dort ein Verzeichnis zu erstellen. Was passiert? 6. Wechseln Sie in ihr Home-Verzeichnis zurück (es gibt da mehere Möglichkeiten! Was ist die direkteste?). 7. Erstellen Sie dort Unterverzeichnisse mit den Namen work und play. 8. Löschen Sie das Unterverzeichnis work wieder. Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 10

12 9. Kopieren Sie die Datei /etc/passwd in ihr Home-Verzeichnis. 10. Was ist der Unterschied bei der Auflistung der Inhalte des Verzeichnisses play zwischen ls l und ls L? 11. Verschieben Sie diese nun in das Unterverzeichnis play und erstellen Sie einen symbolischen Link mit dem Namen terminal, welcher auf ihr tty-gerät zeigt. Was passiert, wenn Sie versuchen einen Hard-Link auf das tty-gerät zu setzen? 12. Erzeugen Sie eine Datei mit dem Namen hello.txt mit dem Inhalt "hello world". 13. Kopieren Sie hello.txt nach terminal. Was passiert? 14. Stellen Sie sich vor, unglücklicherweise löscht jemand das Listing-Kommando ls im Ordner /bin. Wie können Sie trotzdem eine Liste der Dateien in ihrem aktuellen Ordner bekommen? Versuchen Sie es! 15. Versuchen Sie eine Datei mit Namen "$SHELL" zu erzeugen und wieder zu löschen? 16. Versuchen Sie eine Datei, welche mit dem Zeichen "#..." beginnt, zu erzeugen und wieder zu löschen? 17. Versuchen Sie eine Datei, welche mit dem Zeichen "-?..." beginnt, zu erzeugen und wieder zu löschen? 18. Welche Ausgabe liefert das Kommando: echo {con,pre}{sent,ver}{s,ed}? Wie könnte dieser Effekt zum Durchsuchen bestimmter Pfadkombinationen verwendet werden (Kap. 5)? 19. Kopieren Sie von ihrem Home-Verzeichnis aus die Dateien /etc/passwd und /etc/group mit nur einem Kommandoaufruf in ihr Home-Verzeichnis. 20. Kopieren Sie in ihrem Homeverzeichnis das Verzeichnis play in ein Verzeichnis mit Namen work. 21. Löschen Sie nun das Verzeichnis work und seine Inhalte mit nur einem Kommando. Führen Sie das Kommando ohne Sicherheitsabfragen aus! (die man-pages können weiterhelfen!) 22. Experimentieren Sie mit den Optionen des ls-kommandos. Was bewirken die Optionen d, -i, -R und F? 23. Üben Sie mit dem Kommando ls den Umgang mit den Suchoperatoren * und? (Kap. 5). Wechsel Sie dazu in ein Verzeichnis, das möglichst viele Dateien enthält wie z.b. /usr/bin. Dirk Wenzel, Dr. Jörg Gruner Seite 11