Linux文件系統(tǒng)面面觀

對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，所謂的數(shù)據(jù)就是0和1的序列。這樣的一個(gè)序列可以存儲(chǔ)在內(nèi)存中，但內(nèi)存中的數(shù)據(jù)會(huì)隨著關(guān)機(jī)而消失。為了將數(shù)據(jù)長(zhǎng)久保存，我們把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在光盤(pán)或者硬盤(pán)中。根據(jù)我們的需要，我們通常會(huì)將數(shù)據(jù)分開(kāi)保存到文件這樣一個(gè)個(gè)的小單位中(所謂的小，是相對(duì)于所有的數(shù)據(jù)而言)。但如果數(shù)據(jù)只能組織為文件的話，而不能分類(lèi)的話，文件還是會(huì)雜亂無(wú)章。每次我們搜索某一個(gè)文件，就要一個(gè)文件又一個(gè)文件地檢查，太過(guò)麻煩。文件系統(tǒng)(file system)是就是文件在邏輯上組織形式，它以一種更加清晰的方式來(lái)存放各個(gè)文件。

路徑與文件簡(jiǎn)介

文件被組織到文件系統(tǒng)(file system)中，通常會(huì)成為一個(gè)樹(shù)狀(tree)結(jié)構(gòu)。Linux有一個(gè)根目錄/, 也就是樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的最頂端。這個(gè)樹(shù)的分叉的最末端都代表一個(gè)文件，而這個(gè)樹(shù)的分叉處則是一個(gè)目錄(directory, 相當(dāng)于我們?cè)趙indows界面中看到的文件夾)。在圖1中看到的是整個(gè)的一個(gè)文件樹(shù)。如果我們從該樹(shù)中截取一部分，比如說(shuō)從目錄vamei開(kāi)始往下，實(shí)際上也構(gòu)成一個(gè)文件系統(tǒng)。

要找到一個(gè)文件，除了要知道該文件的文件名，還需要知道從樹(shù)根到該文件的所有目錄名。從根目錄開(kāi)始的所有途徑的目錄名和文件名構(gòu)成一個(gè)路徑(path)。比如說(shuō)，我們?cè)贚inux中尋找一個(gè)文件file.txt，不僅要知道文件名(file.txt)，還要知道完整路徑，也就是絕對(duì)路徑(/home/vamei/doc/file.txt)。從根目錄錄/, 也就是樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的最頂端出發(fā)，經(jīng)過(guò)目錄home, vamei, doc，最終才看到文件file.txt。整個(gè)文件系統(tǒng)層層分級(jí)(hierarchy)，vamei是home的子目錄，而home是vamei的父目錄。

在Linux中，我們用ls命令來(lái)顯示目錄下的所有文件，比如 $ls /home/vamei/doc

圖1 文件樹(shù)

如該圖中所示的文件系統(tǒng)，即綠色構(gòu)成的樹(shù)。最頂端的根目錄(/)，沿紅色箭頭標(biāo)出的路徑，我們最終找到文件file.txt。

目錄

在Linux系統(tǒng)中，目錄也是一種文件。所以/home/vamei是指向目錄文件vamei的絕對(duì)路徑。

這個(gè)文件中至少包含有以下條目:

Linux解釋一個(gè)絕對(duì)路徑的方式如下：先找到根目錄文件，從該目錄文件中讀取home目錄文件的位置，然后從home文件中讀取vamei的位置……直到找到目錄doc中的file.txt的位置。

由于目錄文件中都有.和..的條目，我們可以在路徑中加入.或者..來(lái)表示當(dāng)前目錄或者父目錄，比如/home/vamei/doc/..與/home/vamei等同。

此外，Linux會(huì)在進(jìn)程中，維護(hù)一個(gè)工作目錄(present working directory)的變量。在shell中，你可以隨時(shí)查詢(xún)到到工作目錄(在命令行輸入$pwd)。這是為了省去每次都輸入很長(zhǎng)的絕對(duì)路徑的麻煩。比如說(shuō)我們將工作目錄更改為/home/vamei ($cd /home/vamei)，那么此時(shí)我們?cè)偃フ襢ile.txt就可以省去/home/vamei/ ($ls doc/file.txt)，這樣得到的路徑叫相對(duì)路徑(relative path)，上面的doc/file.txt就是這樣一個(gè)相對(duì)路徑。

當(dāng)文件出現(xiàn)在一個(gè)目錄文件中時(shí)，我們就把文件接入到文件系統(tǒng)中，我們稱(chēng)建立一個(gè)到文件的硬鏈接(hard link)。一個(gè)文件允許出現(xiàn)在多個(gè)目錄中，這樣，它就有多個(gè)硬鏈接。當(dāng)硬鏈接的數(shù)目(link count)降為0時(shí)，文件會(huì)被Linux刪除。所以很多時(shí)候，unlink與remove在Linux操作系統(tǒng)中是一個(gè)意思。由于軟鏈接(soft link)的廣泛使用(soft link不會(huì)影響link count，而且可以跨越文件系統(tǒng))，現(xiàn)在較少手動(dòng)建立硬連接。

文件操作

對(duì)于文件，我們可以讀取(read)，寫(xiě)入(write)和運(yùn)行(execute)。讀取是從已經(jīng)存在的文件中獲得數(shù)據(jù)。寫(xiě)入是向新的文件或者舊的文件寫(xiě)入數(shù)據(jù)。如果文件儲(chǔ)存的是可執(zhí)行的二進(jìn)制碼，那么它可以被載入內(nèi)存，作為一個(gè)程序運(yùn)行。在Linux的文件系統(tǒng)中，如果某個(gè)用戶(hù)想對(duì)某個(gè)文件執(zhí)行某一種操作，那么該用戶(hù)必須擁有對(duì)該文件進(jìn)行這一操作的權(quán)限。文件權(quán)限的信息保存在文件信息(metadata)中, 見(jiàn)下一節(jié)。

文件附加信息 (metadata)

文件自身包含的只有數(shù)據(jù)。文件名實(shí)際上儲(chǔ)存在目錄文件。除了這些之外，還有操作系統(tǒng)維護(hù)的文件附加信息，比如文件類(lèi)型，文件尺寸，文件權(quán)限，文件修改時(shí)間，文件讀取時(shí)間等?？梢杂胠s命令查詢(xún)文件信息($ls -l file.txt)，得到如下結(jié)果：

各個(gè)部分的含義如下：

1.我們先介紹最開(kāi)始的-，它表示文件類(lèi)型，說(shuō)明file1.txt是常規(guī)文件(如果是目錄文件，則應(yīng)顯示d)。

2.隨后有九個(gè)字符，為rw-r--r--，它們用于表示文件權(quán)限。這九個(gè)字符分為三組，rw-, r--, r--，分別對(duì)應(yīng)擁有者(owner)，擁有組(owner group)和所有其他人(other)。回顧Linux開(kāi)機(jī)啟動(dòng) ，登錄后，我會(huì)有一個(gè)用戶(hù)身份和一個(gè)組身份, 相當(dāng)于我的名片。第一組表示，如果我的名片上的用戶(hù)身份證明我是該文件的擁有者，那么我就可以對(duì)該文件有讀取(r)，寫(xiě)入(w)該文件的權(quán)限，但不擁有執(zhí)行(-，如果擁有執(zhí)行權(quán)限，則為x)該文件的權(quán)限。第二組表示，如果我的名片上的組身份證明我所在的組是該文件的擁有組的一員，那么我有從該文件讀入的權(quán)限。第三組表示，如果我的名片顯示我既不是擁有者，也不是擁有組的一員，那么我只有讀入的權(quán)限。當(dāng)我想要進(jìn)行一個(gè)讀取操作時(shí)，Linux會(huì)先看我是否是擁有者下文會(huì)進(jìn)一步解釋擁有者和擁有組。        

3.后面的1是硬連接(hard link)數(shù)目(link count)。

4.之后的vamei表示用戶(hù)vamei是文件的擁有者(owner)，文件的擁有者有權(quán)更改文件權(quán)限(比如改為rwxrwxrwx)。而后面的vamei文件的擁有組是組vamei。文件的擁有者和擁有組在文件創(chuàng)建時(shí)就附加在文件上(相當(dāng)于給文件上鎖，只有有合適名片的用戶(hù)才能打開(kāi)操作)。要注意，Linux有一個(gè)超級(jí)用戶(hù)root (也叫做根用戶(hù))，該用戶(hù)擁有所有的文件。

5.隨后的8445表示文件大小，單位為字節(jié)(byte)。

6.Sep 8 07:33表示文件的上一次寫(xiě)入的時(shí)間(modification time)。實(shí)際上在文件附加信息中還包含有文件的上一次讀取時(shí)間(access time)，沒(méi)有顯示出來(lái)。

軟鏈接 (soft link, or symbolic link)

如上討論硬鏈接時(shí)說(shuō)到的，軟鏈接不會(huì)影響文件的link count。如果還記得windows系統(tǒng)的快捷方式的話，Linux的軟鏈接(soft link，也叫做symbolic link)就是linux的快捷方式。軟鏈接本質(zhì)上是一個(gè)文件，它的文件類(lèi)型是symbolic link。在這個(gè)文件中，包含有鏈接指向的文件的絕對(duì)路徑。當(dāng)你從這個(gè)文件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，linux會(huì)把你導(dǎo)向所指向的文件，然后從那個(gè)文件中讀?。ň秃孟衲汶p擊快捷方式的效果一樣）。軟鏈接可以方便的在任何地方建立，并指向任何一個(gè)絕對(duì)路徑。

軟鏈接本身也是一個(gè)文件，也可以執(zhí)行文件所可以進(jìn)行的操作。當(dāng)我們對(duì)軟鏈接操作時(shí)，要注意我們是對(duì)軟鏈接本身操作，還是對(duì)軟鏈接指向的目標(biāo)操作。如果是后者，我們就說(shuō)該操作跟隨鏈接指引(follow the link)。

umask

當(dāng)我們創(chuàng)建文件的時(shí)候，比如使用touch，它會(huì)嘗試將新建文件創(chuàng)建為權(quán)限666，也就是rw-rw-rw-。但操作系統(tǒng)要參照權(quán)限mask來(lái)看是否真正將文件創(chuàng)建為666。權(quán)限mask表示操作系統(tǒng)不允許設(shè)置的權(quán)限位，比如說(shuō)037(----wxrwx)的權(quán)限mask意味著不允許設(shè)置設(shè)置group的wx位和other的rwx位。如果是這個(gè)權(quán)限mask的話，最終的文件權(quán)限是rw-r----- (group的w位和other的rw位被mask)。

我們可以通過(guò)

總結(jié)

計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的工具，而文件是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的邏輯載體，所以了解Linux文件系統(tǒng)很重要。對(duì)于文件系統(tǒng)的了解要結(jié)合Linux的其他方面(比如用戶(hù)管理)進(jìn)行有機(jī)的學(xué)習(xí)。

文件權(quán)限，擁有者，擁有組，超級(jí)用戶(hù)root

硬鏈接，軟鏈接，follow the link