前言

什么是文件系統(tǒng)？

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文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確存儲(chǔ)設(shè)備（通常是磁盤，也可能是基于 NAND Flash 的固態(tài)硬盤）或分區(qū)上文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；即在存儲(chǔ)設(shè)備上組織文件的方式。操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)由三部分組成：文件系統(tǒng)的接口，對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合，以及對(duì)象及其屬性。從系統(tǒng)的角度來看，文件系統(tǒng)是對(duì)文件存儲(chǔ)設(shè)備的空間進(jìn)行組織和分配，負(fù)責(zé)文件存儲(chǔ)并對(duì)存入的文件進(jìn)行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)。具體而言，它負(fù)責(zé)為用戶建立文件，存入、讀取、修改、轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，控制文件的存取，以及在用戶不再需要時(shí)撤銷文件等。

1. Linux 下文件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

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在 linux 系統(tǒng)下，我們首先執(zhí)行以下命令并查看輸出：

ls?-l?/ 

對(duì)于 Linux 軟件開發(fā)人員來說，對(duì) Linux 系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)應(yīng)該已經(jīng)非常熟悉了。文件系統(tǒng)可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)而變化，但在大多數(shù)情況下，它們應(yīng)該遵循文件系統(tǒng)層次標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行 ls -l / 命令來查看根目錄下列出的目錄。你的目錄可能與我的有些許不同，但它們應(yīng)該大致如下所示：

我們來看一下各個(gè)目錄都是做什么用的：

• / -根目錄，整個(gè)文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的根目錄，所有內(nèi)容都位于此目錄下。
• /bin -存放基本的可執(zhí)行的程序(二進(jìn)制文件)，包括最基本的命令，如ls和cp。
• /boot -包含內(nèi)核引導(dǎo)加載程序文件。
• /cdrom -光盤安裝點(diǎn)
• /dev -存放設(shè)備文件。
• /etc -核心系統(tǒng)配置目錄，應(yīng)該只保存配置文件。
• /home -用戶的主目錄，保存你的文檔，文件，設(shè)置等。
• /lib、/lib32、/lib64、/libx32 -主要目的是存放特定的庫，這些庫是在/bin和/sbin目錄里的工具所需要的庫，/lib中的庫可以是32位或64位
• /lost+found -這個(gè)目錄一般情況下是空的，當(dāng)系統(tǒng)非法關(guān)機(jī)后,如果你丟失了一些文件，在這里能找回來，通常很少用到此目錄
• /media -用作可移動(dòng)媒體的連接點(diǎn)，如USB驅(qū)動(dòng)器。
• /mnt -臨時(shí)掛載的文件系統(tǒng)。
• /opt -可選應(yīng)用軟件包。
• /proc -當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的信息。
• /root -root用戶的主目錄。
• /run -自上次引導(dǎo)以來運(yùn)行系統(tǒng)的信息。
• /sbin -包含基本的系統(tǒng)二進(jìn)制文件，通常只能由root用戶運(yùn)行。
• /srv -系統(tǒng)提供的特定于站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
• /tmp -臨時(shí)文件的存儲(chǔ)
• /usr -通常它不包含主文件夾意義上的用戶文件。這意味著用戶安裝的軟件和實(shí)用程序，但這并不是說你不能在那里添加個(gè)人目錄。在這個(gè)目錄中有/usr/bin、/usr/local等子目錄。
• /var -變量目錄，用于系統(tǒng)日志記錄、用戶跟蹤、緩存等。

2. 文件系統(tǒng)類型

文件系統(tǒng)分很多種類，有許多不同的文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可用。有些比其他的更快，有些支持更大容量的存儲(chǔ)，而另一些只能在更小容量的存儲(chǔ)上工作。不同的文件系統(tǒng)有不同的組織數(shù)據(jù)的方式。由于有很多不同的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序需要一種方法來處理不同的操作。因此，有一種東西叫做虛擬文件系統(tǒng)抽象層。它是應(yīng)用程序和不同文件系統(tǒng)類型之間的一層，因此無論擁有什么文件系統(tǒng)，你的應(yīng)用程序都能夠使用它。

你的磁盤上可以有許多文件系統(tǒng)，這取決于它們是如何分區(qū)的。

Linux系統(tǒng)中日志記錄

在大多數(shù)文件系統(tǒng)類型上，日志記錄是默認(rèn)的，但是為了以防萬一，你應(yīng)該知道它是做什么的。假設(shè)你正在復(fù)制一個(gè)大文件，突然斷電。如果你使用的是一個(gè)沒有日志記錄的文件系統(tǒng)，那么文件最終會(huì)損壞，你的文件系統(tǒng)也會(huì)不一致，然后當(dāng)你重新啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行文件系統(tǒng)檢查以確保一切正常。但是，修復(fù)可能需要一段時(shí)間，這取決于你的文件系統(tǒng)有多大。

現(xiàn)在，如果你使用的是帶日志記錄的系統(tǒng)，在你的機(jī)器開始復(fù)制文件之前，它會(huì)將你將要做的事情寫入日志文件。當(dāng)你實(shí)際復(fù)制文件時(shí)，一旦它完成，日志將該任務(wù)標(biāo)記為完成。因此，文件系統(tǒng)總是處于一致的狀態(tài)，因此，如果你的機(jī)器突然關(guān)閉，它將確切地知道你停止的位置。這也減少了引導(dǎo)時(shí)間，因?yàn)樗粰z查整個(gè)文件系統(tǒng)，只查看日志。

常見桌面文件系統(tǒng)類型

• ext4：這是本地Linux文件系統(tǒng)的最新版本。它與舊的ext2和ext3版本兼容。它支持高達(dá)10億字節(jié)的磁盤卷和高達(dá)16TB甚至更多的文件大小。它是Linux文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)選擇。
• Btrfs：“Better or Butter FS”，它是一種新的Linux文件系統(tǒng)，提供快照、增量備份、性能提升等功能。它是廣泛可用的，但還不太穩(wěn)定和兼容。
• XFS：高性能日志文件系統(tǒng)，非常適合具有大文件的系統(tǒng)，例如媒體服務(wù)器。
• NTFS和FAT：Windows文件系統(tǒng)
• HFS+：蘋果系統(tǒng)的文件系統(tǒng)

查看以下Ubuntu系統(tǒng)上的文件系統(tǒng)：

3. Linux下磁盤的分區(qū)

硬盤可以細(xì)分為多個(gè)分區(qū)，本質(zhì)上就是多個(gè)塊設(shè)備。回想一下這樣的例子，/dev/sda1和/dev/sda2， /dev/sda是整個(gè)磁盤，但是/dev/sda1是磁盤上的第一個(gè)分區(qū)。分區(qū)對(duì)于分離數(shù)據(jù)非常有用，如果你需要某個(gè)文件系統(tǒng)，可以輕松地創(chuàng)建一個(gè)分區(qū)，而不是將整個(gè)磁盤設(shè)置為一種文件系統(tǒng)類型。

分區(qū)表每個(gè)磁盤都有一個(gè)分區(qū)表，這個(gè)表告訴系統(tǒng)磁盤是如何分區(qū)的。該表告訴你分區(qū)的開始和結(jié)束位置，哪些分區(qū)是可引導(dǎo)的，磁盤的哪些扇區(qū)分配給哪些分區(qū)等等。有兩種主要的分區(qū)表方案，主引導(dǎo)記錄(MBR)和GUID分區(qū)表(gpt)。

分區(qū)磁盤由幫助我們組織數(shù)據(jù)的分區(qū)組成。你可以在一個(gè)磁盤上有多個(gè)分區(qū)，它們不能相互重疊。如果有未分配給分區(qū)的空間，則稱為空閑空間。分區(qū)的類型取決于你的分區(qū)表。在一個(gè)分區(qū)中，你可以擁有一個(gè)文件系統(tǒng)，也可以將一個(gè)分區(qū)專用于其他功能，如交換分區(qū)。

MBR

• 傳統(tǒng)的分區(qū)表，被用作標(biāo)準(zhǔn)
• 可以有主分區(qū)、擴(kuò)展分區(qū)和邏輯分區(qū)
• MBR有四個(gè)主分區(qū)的限制
• 通過將一個(gè)主分區(qū)劃分為一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)(一個(gè)磁盤上只能有一個(gè)擴(kuò)展分區(qū))，可以創(chuàng)建額外的分區(qū)。然后在擴(kuò)展分區(qū)中添加邏輯分區(qū)。邏輯分區(qū)的使用就像任何其他分區(qū)一樣。
• 支持最大2TB的磁盤

GPT

• GUID分區(qū)表(GPT)正在成為磁盤分區(qū)的新標(biāo)準(zhǔn)
• 只有一種類型的隔斷，你可以做很多
• 每個(gè)分區(qū)都有一個(gè)全局唯一ID (GUID)
• 主要用于基于UEFI的引導(dǎo)

文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文件系統(tǒng)是文件和目錄的有組織的集合。在其最簡(jiǎn)單的形式中，它由一個(gè)管理文件的數(shù)據(jù)庫和實(shí)際文件本身組成。

• 引導(dǎo)塊：它位于文件系統(tǒng)的前幾個(gè)扇區(qū)中，文件系統(tǒng)并沒有真正使用它。相反，它包含用于引導(dǎo)操作系統(tǒng)的信息。操作系統(tǒng)只需要一個(gè)引導(dǎo)塊。如果你有多個(gè)分區(qū)，它們將有引導(dǎo)塊，但其中許多是未使用的。
• 超級(jí)塊：這是在引導(dǎo)塊之后的單個(gè)塊，它包含關(guān)于文件系統(tǒng)的信息，例如inode表的大小、邏輯塊的大小和文件系統(tǒng)的大小。
• 索引表：把它看作是管理文件的數(shù)據(jù)庫。每個(gè)文件或目錄在索引表中都有一個(gè)唯一的條目，并且包含關(guān)于該文件的各種信息。
• 數(shù)據(jù)塊：這是文件和目錄的實(shí)際數(shù)據(jù)。

讓我們看一下不同的分區(qū)表。下面是一個(gè)使用MBR分區(qū)表(msdos)的分區(qū)示例。你可以看到系統(tǒng)上的主分區(qū)、擴(kuò)展分區(qū)和邏輯分區(qū)。

磁盤分區(qū)

如果我們需要對(duì)磁盤進(jìn)行分區(qū)。有很多工具可以做到這一點(diǎn):

• fdisk 基本的命令行分區(qū)工具，不支持GPT
• parted 這是一個(gè)命令行工具，支持MBR和GPT分區(qū)
• gparted 這是parted的GUI版本
• gdisk fdisk但不支持MBR，只支持GPT 我們用parted來劃分。假設(shè)我連接了USB設(shè)備，我們看到設(shè)備名稱是/dev/sdb2.

4. 創(chuàng)建文件系統(tǒng)

你可以創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)：

sudo?mkfs?-t?ext4?/dev/sdb2 

就這么簡(jiǎn)單!mkfs(制作文件系統(tǒng))工具允許我們指定我們想要的文件系統(tǒng)類型和位置。你只希望在新分區(qū)的磁盤上創(chuàng)建文件系統(tǒng)，或者在對(duì)舊磁盤重新分區(qū)時(shí)創(chuàng)建文件系統(tǒng)。如果你試圖在現(xiàn)有文件系統(tǒng)之上創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)，那么很可能會(huì)使你的文件系統(tǒng)處于損壞狀態(tài)。

5. mount and umount

在你可以查看文件系統(tǒng)的內(nèi)容之前，你必須掛載它。要做到這一點(diǎn)，我需要設(shè)備位置、文件系統(tǒng)類型和掛載點(diǎn)，掛載點(diǎn)是系統(tǒng)上文件系統(tǒng)將要附加的目錄。我們要把設(shè)備掛載到一個(gè)掛載點(diǎn)。

首先創(chuàng)建掛載點(diǎn)，然后進(jìn)行掛載：

mkdir?/myTest sudo?mount?-t?ext4?/dev/sdb2?/myTest 

就這么簡(jiǎn)單!現(xiàn)在當(dāng)我們轉(zhuǎn)到/myTest目錄時(shí)，我們可以看到文件系統(tǒng)的內(nèi)容，-t指定文件系統(tǒng)的類型，然后是設(shè)備位置，然后是掛載點(diǎn)。

從掛載點(diǎn)卸載設(shè)備：

sudo?umount?/myTest 或者 sudo?umount?/dev/sdb2 

請(qǐng)記住，內(nèi)核按照找到設(shè)備的順序命名設(shè)備。如果我們的設(shè)備名稱在我們掛載它之后因?yàn)槟撤N原因改變了怎么辦? 你可以使用設(shè)備的通用唯一ID (UUID)而不是名稱。

查詢系統(tǒng)中塊設(shè)備的uuid：

我們可以看到我們的設(shè)備名稱、它們對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)類型和它們的uuid。現(xiàn)在，當(dāng)我們想要掛載某個(gè)設(shè)備時(shí)，我們可以使用:

sudo?mount?UUID=59c03b23-fd61-4bfc-b9fa-570edf47a0b9?/myTest 

大多數(shù)情況下，你不需要通過設(shè)備的uuid來掛載設(shè)備，使用設(shè)備名稱要容易得多，而且通常情況下，操作系統(tǒng)知道掛載常見的設(shè)備，如USB驅(qū)動(dòng)器。如果你需要在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)掛載文件系統(tǒng)，就像你添加了一個(gè)輔助硬盤驅(qū)動(dòng)器一樣，可能會(huì)使用UUID。

6. /etc/fstab

當(dāng)我們想在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)掛載文件系統(tǒng)，我們可以將它們添加到文件系統(tǒng)表的縮寫文件/etc/fstab中。該文件包含已掛載的文件系統(tǒng)的永久列表。

每一行代表一個(gè)文件系統(tǒng)，字段是:

• UUID -設(shè)備標(biāo)識(shí)
• 掛載點(diǎn) -文件系統(tǒng)掛載到的目錄
• 文件系統(tǒng)類型
• 選項(xiàng) -其他掛載選項(xiàng)
• 轉(zhuǎn)儲(chǔ) -由轉(zhuǎn)儲(chǔ)實(shí)用程序用來決定何時(shí)進(jìn)行備份，默認(rèn)為0
• Pass -用來決定應(yīng)該檢查文件系統(tǒng)的順序，如果值為0，則不檢查

要添加一個(gè)條目，只需使用上面的條目語法直接修改/etc/fstab文件。修改這個(gè)文件時(shí)要小心，如果搞砸了，可能會(huì)給帶來一些麻煩

其中swap屬于交換分區(qū)，這個(gè)交換分區(qū)是什么?交換是我們用來給系統(tǒng)分配虛擬內(nèi)存的。如果內(nèi)存不足，系統(tǒng)會(huì)使用這個(gè)分區(qū)將空閑進(jìn)程的內(nèi)存“交換”到磁盤，這樣就不會(huì)陷入內(nèi)存困境。

使用分區(qū)作為交換空間假設(shè)我們希望將/dev/sdb2分區(qū)設(shè)置為交換空間。

• 首先確保我們沒有任何東西在分區(qū)上
• 執(zhí)行命令mkswap /dev/sdb2初始化交換區(qū)
• 運(yùn)行swapon /dev/sdb2將啟用交換設(shè)備
• 如果你希望交換分區(qū)在啟動(dòng)時(shí)保持不變，你需要在/etc/fstab文件中添加一個(gè)條目。w是使用的文件系統(tǒng)類型。
• 刪除交換模塊:swapoff /dev/sdb2

通常應(yīng)該分配大約兩倍于內(nèi)存的交換空間。但是現(xiàn)在系統(tǒng)通常已經(jīng)足夠強(qiáng)大并且有足夠的內(nèi)存。

7. 磁盤使用情況

你可以使用一些工具來查看磁盤的利用率:

df命令顯示當(dāng)前掛載的文件系統(tǒng)的利用率。-h標(biāo)志提供了一種可讀的格式。你可以看到設(shè)備是什么，以及有多少容量被使用和可用。

假設(shè)你的磁盤快要滿了，你想知道哪些文件或目錄占用了這些空間，你可以使用du命令。

du?-h 

8. 文件系統(tǒng)修復(fù)

有時(shí)我們的文件系統(tǒng)并不總是處于最佳狀態(tài)，如果我們突然關(guān)閉系統(tǒng)，我們的數(shù)據(jù)可能會(huì)損壞。這取決于系統(tǒng)是否試圖讓我們回到工作狀態(tài)。

fsck(文件系統(tǒng)檢查)命令用于檢查文件系統(tǒng)的一致性，甚至可以嘗試為我們修復(fù)它。通常，當(dāng)你啟動(dòng)磁盤時(shí)，fsck將在磁盤掛載之前運(yùn)行，以確保一切正常。但有時(shí)磁盤非常糟糕，需要手動(dòng)執(zhí)行此操作。但是，一定要在你處于修復(fù)磁盤或可以在不掛載的情況下訪問文件系統(tǒng)的地方執(zhí)行此操作。

sudo?fsck?/dev/sdb1 

9. 索引節(jié)點(diǎn)

還記得我們的文件系統(tǒng)是如何由實(shí)際文件和管理這些文件的數(shù)據(jù)庫組成的嗎?該數(shù)據(jù)庫稱為索引節(jié)點(diǎn)表。

**什么是索引節(jié)點(diǎn)?**索引節(jié)點(diǎn)(inode)是該表中的一個(gè)條目，每個(gè)文件都有一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)。它描述了關(guān)于文件的所有內(nèi)容，例如:

• 文件類型-常規(guī)文件，目錄，字符設(shè)備等
• 擁有者
• 擁有組
• 訪問權(quán)限
• 時(shí)間戳- mtime(最后一次修改文件的時(shí)間)，ctime(最后一次修改屬性的時(shí)間)，atime(最后一次訪問的時(shí)間)
• 文件的硬鏈接數(shù)
• 文件大小
• 分配給文件的塊數(shù)
• 指向文件數(shù)據(jù)塊的指針 基本上索引節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)了關(guān)于文件的所有內(nèi)容，除了文件名和文件本身

**什么時(shí)候創(chuàng)建索引節(jié)點(diǎn)?**創(chuàng)建文件系統(tǒng)時(shí)，也會(huì)為索引分配空間。有一些算法可以根據(jù)磁盤容量等確定需要多少索引節(jié)點(diǎn)空間。你可能在某些時(shí)候看到過磁盤空間不足的錯(cuò)誤問題。同樣的情況也會(huì)發(fā)生在索引節(jié)點(diǎn)上，你可能會(huì)耗盡索引節(jié)點(diǎn)，因此無法創(chuàng)建更多的文件

索引節(jié)點(diǎn)信息索引節(jié)點(diǎn)是由數(shù)字標(biāo)識(shí)的，當(dāng)一個(gè)文件被創(chuàng)建時(shí)，它被分配一個(gè)索引號(hào)，這個(gè)編號(hào)是按順序分配的。然而，有時(shí)你可能會(huì)注意到，當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，它得到的索引號(hào)比其他文件低，這是因?yàn)橐坏┧饕粍h除，它們就可以被其他文件重用。查看索引編號(hào)執(zhí)行l(wèi)s -li命令:

該命令的第一個(gè)字段列出了索引號(hào)。

你還可以使用stat查看有關(guān)文件的詳細(xì)信息，它還會(huì)告訴你有關(guān)索引節(jié)點(diǎn)的信息。

10. 符號(hào)鏈接

在Windows操作系統(tǒng)中，有一種叫做快捷鍵的東西，快捷鍵只是其他文件的別名。如果對(duì)原始文件做了一些操作，可能會(huì)破壞快捷方式。在Linux中，等同于快捷方式的是符號(hào)鏈接(或軟鏈接或符號(hào)鏈接)。symlinks允許我們通過文件名鏈接到另一個(gè)文件。Linux中的另一種類型的鏈接是硬鏈接，它們實(shí)際上是另一個(gè)指向索引節(jié)點(diǎn)的鏈接文件。

可以看到，我創(chuàng)建了一個(gè)名為myFile1Link的符號(hào)鏈接，指向myFile1。符號(hào)鏈接用->表示。注意我是如何獲得一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)號(hào)的，符號(hào)鏈接只是指向文件名的文件。當(dāng)你修改符號(hào)鏈接時(shí)，文件也會(huì)被修改。節(jié)點(diǎn)號(hào)對(duì)于文件系統(tǒng)是唯一的，你不能在一個(gè)文件系統(tǒng)中有兩個(gè)相同的節(jié)點(diǎn)號(hào)，這意味著你不能通過節(jié)點(diǎn)號(hào)在不同的文件系統(tǒng)中引用文件。但是，如果你使用符號(hào)鏈接，它們不使用節(jié)點(diǎn)號(hào)，而是使用文件名，因此可以跨不同的文件系統(tǒng)引用它們。

硬鏈接

硬鏈接只是創(chuàng)建另一個(gè)文件，該文件具有到同一節(jié)點(diǎn)的鏈接。因此，如果我修改了myFile2或myFile2link的內(nèi)容，兩者都將看到更改，但如果我刪除了myFile2，則仍然可以通過myFile2link訪問該文件。這就是ls命令中的鏈接計(jì)數(shù)發(fā)揮作用的地方。鏈接數(shù)是一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的硬鏈接的數(shù)量，當(dāng)你刪除一個(gè)文件時(shí)，它會(huì)減少鏈接數(shù)。只有當(dāng)節(jié)點(diǎn)的所有硬鏈接都被刪除時(shí)，節(jié)點(diǎn)才會(huì)被刪除。當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)文件時(shí)，它的鏈接計(jì)數(shù)是1，因?yàn)樗俏ㄒ恢赶蛟摴?jié)點(diǎn)的文件。與符號(hào)鏈接不同，硬鏈接不跨文件系統(tǒng)，因?yàn)樗饕?jié)點(diǎn)對(duì)于文件系統(tǒng)是唯一的。

小結(jié)

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好了，這次就總結(jié)到這里吧。本文我們總結(jié)了Linux系統(tǒng)下文件系統(tǒng)相關(guān)的常用且重要的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)小伙伴們有所幫助！喜歡的小伙伴記得點(diǎn)贊??、分享??、再看?，你的每一個(gè)動(dòng)作都是對(duì)作者的最大支持！