关于文件系统目录和分区等

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-filesystem/

 VFS 是底层文件系统的主要接口。这个组件导出一组接口，然后将它们抽象到各个文件系统，各个文件系统的行为可能差异很大。有两个针对

   文件系统对象的缓存（inode 和 dentry）。它们缓存最近使用过的文件系统对象。

每个文件系统实现（比如 ext2、JFS 等等）导出一组通用接口，供 VFS 使用。缓冲区缓存会缓存文件系统和相关块设备之间的请求。例如，对底层设备驱动程序的读写请求会通过缓冲区缓存来传递。这就允许在其中缓存请求，减少访问物理设备的次数，加快访问速度。以最近使用（LRU）列表的形式管理缓冲区缓存。注意，可以使用 sync 命令将缓冲区缓存中的请求发送到存储媒体（迫使所有未写的数据发送到设备驱动

程序，进而发送到存储设备）。

   当我们在Windows下，提到文件系统时，你的第一反应是想到的是什么？是不是Windows下的一些Fat32、NTFS等的文件系统的类型。而在Linux中，你可能会想到Ext2、Ext3，但你还必须要有一个根文件系统的概念。根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所mount的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。

   那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢？先将/dev/ram0挂载，而后执行/linuxrc.等其执行完后。切换根目录，再挂载具体的根文件系统.根文件系统执行完之后，也就是到了Start_kernel()函数的最后，执行init的进程，也就第一个用户进程。对系统进行各种初始化的操作。如果要能明白这里的过程的话，可要好好的看看Linux内核源码了。下图展示了VFS，内核，文件系统的层次结构：

    根文件系统之所以在前面加一个”根“，说明它是加载其它文件系统的”根“，既然是根的话，那么如果没有这个根，其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以mount所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括

了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。
    Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动

或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。
    在 Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂装（mount）。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层

次结构中（根）。在执行挂装时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后，在根目录下就有根文件系统的各个目录，文件：/bin /sbin /mnt等，再将其他分区挂接到/mnt目录上，/mnt目录下就有这个分区的各个目录，文件。

文件系统是linux的一个十分基础的知识，同时也是学习linux的必备知识。

    本文将站在一个较高的视图来了解linux的文件系统，主要包括了linux磁盘分区和目录、挂载基本原理、文件存储结构、软链接硬链接、和常见目录的介绍。相信有了这些知识对于深入的学习linux会有一定的帮助。文章例子主要是基于ubuntu发行版。

    如有不对之处请大家多多指出。

1.Linux磁盘分区和目录

  Linux发行版本之间的差别很少，差别主要表现在系统管理的特色工具以及软件包管理方式的不同。目录结构基本上都是一样的。Windows的文件结构是多个并列的树状结构，最顶部的是不同的磁盘（分区），如：C，D，E，F等。

Linux的文件结构是单个的树状结构.可以用tree进行展示。 在Ubuntu下安装tree（sudo apt-get install tree）,并可通过命令来查看。

每次安装系统的时候我们都会进行分区，Linux下磁盘分区和目录的关系如下：

–      任何一个分区都必须挂载到某个目录上。

–      目录是逻辑上的区分。分区是物理上的区分。

–      磁盘Linux分区都必须挂载到目录树中的某个具体的目录上才能进行读写操作。

–      根目录是所有Linux的文件和目录所在的地方，需要挂载上一个磁盘分区。

以下是我们可能存在的一种目录和分区关系：

 图1：目录和分区关系

Q:如何查看分区和目录及使用情况？

–      fdisk查看硬盘分区表

–      df：查看分区使用情况

–      du: 查看文件占用空间情况

Q: 为什么要分区，如何分区？

–      可以把不同资料，分别放入不同分区中管理，降低风险。

–      大硬盘搜索范围大，效率低

–      磁盘配合只能对分区做设定

–      /home /var /usr/local经常是单独分区，因为经常会操作，容易产生碎片

 

2.Mount挂载和NFS简介

挂载的概念 ：当要使用某个设备时，例如要读取硬盘中的一个格式化好的分区、光盘或软件等设备时，必须先把这些设备对应到某个目录上，而这个目录就称为“挂载点（mount point）”，这样才可以读取这些设备，而这些对应的动作就是“挂载”。 将物理分区细节屏蔽掉。用户只有统一的逻辑概念。所有的东西都是文件。Mount命令可以实现挂载：

mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir

Q：所有的磁盘分区都必须被挂载上才能使用，那么我们机器上的硬盘分区是如何被挂载的？

A：这主要是它利用了/etc/fstab文件。每次内核加载它知道从这里开始mount文件系统。每次系统启动会根据该文件定义自动挂载。若没有被自动挂载，分区将不能使用。 如下是我的/etc/fstab的定义，主要是根据装机的分区来的：

#               

proc            /proc           proc    defaults        0       0

#/dev/sda1被自动挂载到  /

UUID=cb1934d0-4b72-4bbf-9fad-885d2a8eeeb1 /               ext3    relatime,errors=remount-ro 0       1

# /dev/sda5 被自动挂载到分区/home

UUID=c40f813b-bb0e-463e-aa85-5092a17c9b94 /home           ext3    relatime        0       2

#/dev/sda7 被自动挂载到/work

UUID=0f918e7e-721a-41c6-af82-f92352a568af /work           ext3    relatime        0       2

#分区 /dev/sda6被自动挂载到swap

UUID=2f8bdd05-6f8e-4a6b-b166-12bb52591a1f none            swap    sw              0       0

 

Q：移动硬盘如何挂载？如何挂载一个新的分区？

移动硬盘有驱动模块会自动挂载，如果有个新硬盘，要先进行分区，并通过mount命令挂载到某个文件夹。如果要自动挂载则可以修改/etc/fstab文件.

NFS简介：NFS相信在很多地方都有广泛使用，是一个非常好的文件共享方式。我们公司所使用的上传服务就是把文件上传到某台网络服务器上，中间就是通过NFS实现。

使用NFS客户端可以透明的地访问服务器端的文件。NFS也是通过mount来实现，底层是通过NFS通信协议实现。基本原理：

图2：NFS基本原理

 

Ubuntu下面Ubuntu下的例子

服务端:

$apt-get install nfs-kernel-server

vi /etc/exports 添加nfs目录: /personal/nfs_share

10.1.60.34(rw,sync,no_root_squash)

$sudo exportfs -r

$sudo /etc/init.d/portmap start

$sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server start

客户端:

$sudo apt-get install nfs-common

$sudo mount 10.19.34.76:/personal/nfs_share ~/nfsshare例子：

3.文件类型

Linux下面的文件类型主要有：

a)         普通文件：C语言元代码、SHELL脚本、二进制的可执行文件等。分为纯文本和二进制。

b)         目录文件：目录，存储文件的唯一地方。

c)         链接文件：指向同一个文件或目录的的文件。

d)         特殊文件：与系统外设相关的，通常在/dev下面。分为块设备和字符设备。

可以通过ls –l, file, stat几个命令来查看文件的类型等相关信息。

4.文件存储结构

Linux正统的文件系统(如ext2、ext3)一个文件由目录项、inode和数据块组成。

目录项:包括文件名和inode节点号。

Inode：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。

数据块：文件的具体内容存放地。

 

 

Linux正统的文件系统(如ext2、3等)将硬盘分区时会划分出目录块、inode Table区块和data block数据区域。一个文件由一个目录项、inode和数据区域块组成。Inode包含文件的属性(如读写属性、owner等，以及指向数据块的指针)，数据区域块则是文件内容。当查看某个文件时，会先从inode table中查出文件属性及数据存放点，再从数据块中读取数据。

 

站在2w英尺视图,文件存储结构大概如下：

图3：文件存储结构2w英尺视图

 

其中目录项的结构如下(每个文件的目录项存储在改文件所属目录的文件内容里)：

 图4：目录项结构 

 

其中文件的inode结构如下（inode里所包含的文件信息可以通过stat filename查看得到）：

 

 

图5：inode结构

 

以上只反映大体的结构，linux文件系统本身在不断发展。但是以上概念基本是不变的。且如ext2、ext3、ext4文件系统也存在很大差别，如果要了解可以查看专门的文件系统介绍。

5.软连接、硬链接

软链接和硬链接是我们常见的两种概念：

硬连接：是给文件一个副本，同时建立两者之间的连接关系。修改其中一个，与其连接的文件同时被修改。如果删除其中[color=red]任意一个[/color]其余的文件将不受影响。

软连接:也叫符号连接,他只是对源文件在新的位置建立一个“快捷（借用一下wondows常用词）”，所以，当源文件删除时，符号连接的文件将成为无源之水->仅仅剩下个文件名了，当然删除这个连接，也不会影响到源文件，但对连接文件的使用、引用都是直接调用源文件的。

具体关系可以看下图：

 

图5：软链接和硬链接

 

从图上可以看出硬链接和软链接的区别：

1：硬链接原文件和新文件的inode编号一致。而软链接不一样。

2：对原文件删除，会导致软链接不可用，而硬链接不受影响。

3：对原文件的修改，软、硬链接文件内容也一样的修改，因为都是指向同一个文件内容的。

 

6.文件目录管理命令

磁盘和文件空间

fdisk df du

文件目录与管理

cd pwd mkdir rmdir ls cp rm mv

查看文件内容

cat:
cat [file]
查看文件的内容。全程式concatenate的意思，将文件内容连续输出到屏幕上。第一行到最后一行显示。
tac:
tac [file]
和cat刚好相反 是从最后一行到第一行的方式查看。

cat有个比较不好的地方时当文件比较大时候没办法看清楚，这个时候可以用more或者Less命令。

more:
more [file]
如果使用grep或者find等命令时，可以配合使用more一页一页的查看。如果看到一半想退出，则敲入’q’即可退出。
less:
less [file]
less比more更有弹性，可以上下翻页。

如果只想读取文件的头几行或者文件的末尾几行，可以用head或tail.
head –n [file]：读取文件的前n行。
tail –n [file]：读取文件末尾n行。

以上命令都是用于查看字符文件，二进制文件出来的都是乱码，要看二进制文件的内容，可以用od命令,如查看一个MP3文件里面的内容:
od shijiemori.mp3

文件目录与权限

chmod chown chgrp umask

文件查找

which:
which [filename]
该命令用于查询通过PATH路径到该路径内查找可执行文件。
如：Which passwd:查找可执行文件passwd
whereis:
whereis [-bmsu] [keyword]
该命令用于把相关字的文件和目录都列出来。(Linux 会将文件都记录在一个文件数据库里面，该命令式从数据库去查询，所以速度比较快,Linux每天会更新该数据库)

locate:
locate [filename]
该命令用于把相关字的文件和目录都列出来。查找数据特别快，也是通过数据库方式来查询。但是数据库一周更新一次，所以可能有些存在数据查不到。可以去修改配置文件。

find:
find [path] [参数] [keyword]
该命令用于在指定路径下查找文件。不是通过数据来查询，所以速度会比较慢。  

7.常见目录解释

Linux各种发行版的目录结构基本一致，各个目录简单介绍如下：