Linux系统目录结构和文件系统

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系统体系结构

我们从Linux系统体系结构开始着手了解它。

系统目录结构 & 目录结构的来历

系统目录结构

Linux 目录结构是一个倒挂树结构，一切从“根”节点开始“生根发芽”。

每个目录存放的内容如下:

• /bin 二进制可执行命令 （包括常用的Linux命令，任何用户都可以运行这个目录中的命令，无需授权）
• /dev 设备特殊文件
• /etc 系统管理和配置文件 （如Apache、Nginx和MySQL等）
• /home 用户的宿主目录，也称家目录
• /lib 函数库，又叫动态链接共享库。存放的文件类似 Windows 里的.dll (扩展名)文件
• /sbin 存放的系统管理命令
• /tmp 公用的临时文件存储点 (系统重启后会清空)
• /root 系统管理员的主目录（最高权限用户目录）
• /mnt 系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统
• /proc 虚拟的目录，是系统内存的映射
• /var 存放比较大的数据文件，比方说各种服务的日志文件，系统日志文件
• /usr 存放用户应用程序的目录

目录结构的来历

我们可以看到根“ / ”目录下面的/bin目录用于存放二进制程序，但同样的二进制程序在/usr/bin和/usr/local/bin下都有那它们有什么区别呢。其实Linux整体设计借鉴了Unix系统，所以我们经常可以看到这样来描写Linux/Unix，这里再聊目录结构的由来就不得不提 Unix的设计。
1969年Ken Thompson和Dennis Ritchie在小型机PDP-7上发明了Unix，1971年他们将主机升级到了PDP-11，他们使用一种叫做RK05的储存盘，一盘的容量大约是1.5MB。没过多久，操作系统（根目录）变得越来越大，一块盘已经装不下了。于是，他们加上了第二盘RK05，并且规定第一块盘专门放系统程序，第二块盘专门放用户自己的程序，因此挂载的目录点取名为/usr。也就是说，根目录”/“挂载在第一块盘，”/usr”目录挂载在第二块盘。除此之外，两块盘的目录结构完全相同，第一块盘的目录（/bin, /sbin, /lib, /tmp…）都在/usr目录下重新出现一次。后来，第二块盘也满了，他们只好又加了第三盘RK05，挂载的目录点取名为/home，并且规定/usr用于存放用户的程序，/home用于存放用户的数据。从此，这种目录结构就延续了下来。随着硬盘容量越来越大，各个目录的含义进一步得到明确。 关于目录细节可以参考以下两篇文章：

• 《Unix文件系统结构标准》http://www.pathname.com/fhs/pub/fhs-2.3.html
• 《Understanding the bin, sbin, usr/bin , usr/sbin split》http://lists.busybox.net/pipermail/busybox/2010-December/074114.html

虚拟文件系统介绍

Linux使用了虚拟文件系统(VFS，Virtual FileSystem，下文统称“虚拟文件系统”)，它不是磁盘文件的组织格式，而是抽象出来的文件树的集合，它通过标准接口动态的向其中增加或移除对应的目录。

虚拟文件系统支持以下归类的三种类型的文件系统：

• 磁盘文件系统，存储在本地磁盘、U盘、CDROM等的文件系统，它包含各种不同的文件系统格式，比如Windows NTFS、VFAT，BSD的UFS，CD的CD-ROM等
• 网络文件系统，它们存储在网络中的其他主机上，通过网络进行访问，例如 NFS
• 特殊文件系统，内存的映射、例如/proc

案例如以下截图，Linux上的进程通过Sytem Calls(系统调用)将数据经过虚拟文件系统最终的转写入不同的文件系统格式，再通过文件系统的驱动最终写入硬件设备。这里的Sytem Calls就包含read()、write()和lseek()等。


虚拟文件系统对象类型

虚拟文件系统，有四个主要对象类型：

• Superblock 表示特定加载的文件系统
• Inode 表示特定的文件
• Dentry 表示一个目录项，路径的一个组成部分
• File 表示进程打开的一个文件

Superblock
超级块（spuerblock）对象由各自的文件系统实现，用来存储文件系统的信息。这个对象对应为文件系统超级块或者文件系统控制块，它存储在磁盘特定的扇区上。不是基于磁盘的文件系统临时生成超级块，并保存在内存中。
Inode
索引节点对象包含了内核在操作文件或目录时需要的全部信息。对于Unix文件系统来 说，这些信息可以从磁盘索引节点直接读入。如果一个文件系统没有索引节点，那么，不管这些相关信息在磁盘上是怎么存放的，文件系统都必须从中提取这些信息。
Dentry
为了方便查找，虚拟文件系统引入目录项的概念。每个Dentry代表路径中一个特定部分。对于“/bin/ls”、“/”、“bin”和“ls”都是目录项对象。前面是两个目录，最后一个是普通文件。在路径中， 包括普通文件在内，每一个部分都是目录项对象。
File
虚拟文件系统最后一个主要对象是文件对象，文件对象表示进程已打开的文件。如果我们站在用户空间的角度考虑虚拟文件系统，文件对象会首先进入我们的视野。进程直接处理的是文件而不是超级块、索引节点或目录。文件对象包含我们非常熟悉的信息（如访问模式、当前偏移等）， 文件操作和我们非常熟悉的系统调用read（）和write（）等也很类似。文件对象是已打开的文件在内存中的表示。该对象（不是物理文件）由相应的open（）系统调用创建，由close（）系统调用销毁，所有这些文件相关的调用实际上都是文件操作 表中定义的方法。

文件名与路径

文件名则被指定，由文件系统的根目录开始到指定的文件位置的完整路径( /etc/sysconfig/network )称为“绝对路径”，此外表示路径的方法还有“相对路径”。在使用路径时有两种符号：

• “.” 表示当前目录
• “..” 表示上一级目录

另外 Linux 有很多不同于其他操作的特征：

1. 把所有的外部设备看作是文件（即一切揭“文件”），为了保证输入输出操作的一致性 Linux把所有的对外部设备的操作都设计成为等同于操作文件，因此无论什么外部设备的特征，都被文件系统隐藏了。
2. 文件的用有者可以指定其他的组或用户读，写和执行文件的权限，从而起到提高文件的安全性。

文件和目录的属性

在Linux系统中我们可以通过“ ls -l” 命令查看到文件的详细属性。

[djangowang@localhost ~]# ls -l
-rw-r--r--    1 root  root     1704 Aug 13  2019 GeoIP.conf    # 文件
drwxr-xr-x  7 root  root     4096 May  6  2020 NetworkManager    # 目录

关于文件属性左到右第一个位的含义：

属性位	含义
-	常规文件
b	块特殊文件
c	字符特殊文件
d	目录
l	符号链接
p	管道名
s	套接字
再来看一下，文件属性左到右，第二到第九位的含义：

	所属用户(user)	所属组(group)	其他用户(other)
权限	rwx	r--	r--
解释	可读（r)、可写(w)、可执行(x)	可执行(r)	可执行(r)

修改文件权限

修改文件权限可以使用“chmod”命令，目前有两种方式修改文件权限：

• 字母表示法
• 数字表法

字母表示法
以下为字母表示法的使用方式：

命令	账户属性	动作	权限	目标
chmod	u（user) 、g(group)、 o(other)、 all (a)	+ (增加) 、 -（删除）、 =（设置）	r(读) 、w(写)、x(执行)	文件或权限

我们来看一个案例给test.txt文件的user 、group和other增加可执行权限“x”。

[djangowang@localhost ~]# chmod a+x test.txt
[djangowang@localhost ~]# ls -l test.txt
-rwxr-xr-x 1 root root 531 1月   5 19:05 test.txt

删除可执行权限“x”。

[djangowang@localhost ~]# chmod a-x test.txt
[djangowang@localhost ~]# ls -l test.txt
-rw-r--r-- 1 root root 531 1月   5 19:05 test.txt

数字表示法
我们首先看一下数据与权限的对照表。

权限位	数字
r	4
w	2
x	1
-	0

所以我们要修改一个文件test.txt权限为“rwxr-x—”，可以通过以下命令。

[djangowang@localhost ~]# chmod 750 test.txt

umask命令

umask命令可以在创建文件或目录时预设它们权限的掩码。 我们创建的文件时权限默认是644的权限，创建目录时是755的权限，主要就是这个命令导致的，但这里笔者建议非专业场景请勿改动此值。关于umask不同掩码的文件和目录权限对照表

umask掩码值	文件	目录
022	644	755
027	640	750
002	664	775
006	660	771
007	660	770

查看默认umask值。

[djangowang@localhost ~]# umask
0022

创建目录，系统会通过（777-027=750） 来最终赋值目录的权限。修改umask值。

[djangowang@localhost ~]# mkdir a  &&  ls -l a 
[djangowang@localhost ~]# umask 027  && umask
0027
[djangowang@localhost ~]# mkdir b && ls -l 
drwxr-x--- 2 root root 4096 2月   7 16:33 c

创建文件，系统会通过（644-027=640） 来最终终赋文件的权限。

[djangowang@localhost ~]# touch d && ls -l 
-rw-r----- 1 root root 0 2月   8 09:20   d

注：umask命令只能临时修改umask值，系统重启之后umask将还原成默认值。如果要永久修改umask值，需要修改/etc/profile文件或是修改/etc/bashrc文件，例如要将默认umask值设置为027，那么可以在文件中增加一行“umask 027”。

本章小结

本章最开始从Linux体系结构开始讲起，从整体上让读者对学习Linux操作系统的结果有一个大框的认识。接着我们学习了Linux目录结构，介绍了每个目录存放的内容、目录特点和目录结构的来历，笔者个人觉得学一件事情了解事物的历史背景也是非常重要的。然后我们介绍了Linux的虚拟文件系统，掌握了为什么，Linux系统在插入不同的硬件后都可以识别，并以文件的方式访问它。最后我们学习了Linux操作系统的两种修改权限方式，之所以说Linux系统相对比较安全就是因为它有严格的权限控制，权限控制就包含了系统级别如pam和文件级别的权限控制。下一章我们会介绍Linux的基础命令，Linux有1000多个系统命令，每个命令又有平均10个左右参数，想要完全记忆它们是不可能的，笔者将结合自己的工作经历，将这些命令分为两类介绍，其中第一类为常用的基础系统命令，另外一类是带场景的系统管理命令，希望能帮助读者更好的记忆它们。

习题

1. Linux系统中的主要目录都有哪些？它们的特点是什么？
2. 虚拟文件系统的作用是什么？
3. 创建一个key.pem文件，并授权文件权限为600。