Linux 文件系统管理

一切皆是文件”是Unix/Linux 的基本哲学之一。

涉及的技能点

• 文件系统概述  （分为文件系统和文件管理系统来进行分享）
• 文件系统的作用
• 目录结构   （其中工作中遇到的软链接结合sed -i结合遇到的底层逻辑问题分享）
• 文件类型  （6种常见的文件类型和8种常见系统文件类型列举）
• 文件管理部分基本命令  （file dos2unix）
• 文件存储  （文件系统的定位：如何存储文件以及如何查找文件）
• 文件格式 （对比Windows和linux的文件格式内容的不同）

概念性的理论偏多，面试常问...

文件系统概述

首先需要了解的就是，我们要对文件做些什么事情?

其实无非就是对一个文件进行、创建、复制、移动、查看、编辑、压缩、查找、删除、等等

文件系统的作用

既然linux系统里面，所有的都是文件，那么数百万，甚至数千万个文件应该如何保存，以及如何查看和管理，就需要一个专门的体系结构来帮助我们去处理，而这就是文件系统的作用。

Linux文件系统是Linux操作系统中用于管理和存储文件及目录的一套机制，它决定了文件在存储设备或分区上的文件的方法和数据结构，并提供用户交互接口，从而实现文件的存储、检索、保护、压缩、加密等功能。

文件系统的功能组成

为了方便了解linux的文件系统，将文件系统拆分成两部分：

1. 文件系统（侧重于理论体系的梳理）
2. 文件管理系统 （侧重于各种文件的操作实践）

文件系统

操作系统用于组织和存储文件及数据的方法和数据结构。它定义了数据如何在存储设备（如硬盘）上被组 织、命名、访问和修改

• 主要功能：

1. 组织和分配存储空间：将存储设备划分为可管理的单元，如文件和目录。
2. 文件存储和检索：提供存储和访问文件的机制。
3. 安全性和权限管理：控制对文件和目录的访问权限。
4. 错误恢复和日志记录：某些文件系统（如ext3和ext4）支持日志功能，可以在系统崩溃后帮助恢复数据；

文件管理系统

可以理解为操作系统中与文件管理相关的所有功能和工具的集合；

• 主要功能：

1. 文件系统创建和管理：通过工具（如mkfs、fdisk）创建、修改和管理文件系统。
2. 文件访问和修改：提供用户接口（如命令行、图形界面）来访问、创建、删除、移动和修改文件。
3. 权限和安全管理：通过文件系统权限、用户和组管理机制来确保数据的安全性。
4. 磁盘和分区管理：管理磁盘分区、格式化、挂载和卸载等操作。

目录结构

关于用户的目录

• /home：普通用户的主目录，在 Linux 中，每个用户都有一个自己的目录，一般该目录名是以用户的账号命名的。

🐱 ll /home/总用量 0drwx------. 2 fpaopao fpaopao 76  3月 13 16:42 fpaopao//例如我创建了一个用户，以这个用户账号命名🐱 useradd fpaopao001🐱 ll /home/总用量 0drwx------. 2 fpaopao    fpaopao    76  3月 13 16:42 fpaopaodrwx------  2 fpaopao001 fpaopao001 76  6月 16 19:49 fpaopao001

• /root：该目录为系统管理员，也称作超级权限者的用户主目录。

🐱 ll /root/总用量 4-rw-------. 1 root root 1266  3月 13 16:43 anaconda-ks.cfg//普通用户无法进入该目录🐱 su - fpaopao[fpaopao@Rocky9 ~]$ id用户id=1000(fpaopao) 组id=1000(fpaopao) 组=1000(fpaopao)[fpaopao@Rocky9 ~]$ cd /root/-bash: cd: /root/: 权限不够

系统相关的目录

• /boot：这里存放的是启动 Linux 时使用的一些核心文件，包括一些连接文件以及镜像文件。

• /etc：etc 是 Etcetera(等等) 的缩写,这个目录用来存放所有的系统管理所需要的配置文件和子目录。

//比如SSH的配置文件🐱 ll /etc/ssh/sshd_config-rw-------. 1 root root 3667 12月 18 03:56 /etc/ssh/sshd_config🐱 ll /etc/hostname-rw-r--r--. 1 root root 11  3月 13 16:42 /etc/hostname

• /lib：lib 是 Library(库) 的缩写这个目录里存放着系统最基本的动态连接共享库，应用程序都需要用到这些共享库。

🐱 ll /liblrwxrwxrwx. 1 root root 7 11月  3  2024 /lib -> usr/lib🐱 ll /lib64lrwxrwxrwx. 1 root root 9 11月  3  2024 /lib64 -> usr/lib64//比如ls 命令，是依赖这些库文件的，它们不会自己写 “读取硬盘文件” 的代码，会调用系统自带的 shturl.（C 标准库）🐱 ldd /bin/ls        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd36ffb000)        libselinux.so.1 => /lib64/libselinux.so.1 (0x00007feafe8cd000)        libcap.so.2 => /lib64/libcap.so.2 (0x00007feafe8c3000)        libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007feafe600000)        libpcre2-8.so.0 => /lib64/libpcre2-8.so.0 (0x00007feafe827000)        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007feafe928000)

• /sys：这是 Linux2.6 内核的一个很大的变化。该目录下安装了 2.6 内核中新出现的一个文件系统 sysfs 。sysfs 文件系统是内核设备树的一个直观反映，它集成了下面3种文件系统的信息：

1. 针对进程信息的 proc 文件系统
2. 针对设备的 devfs 文件系统
3. 针对伪终端的 devpts 文件系统。

🐱 ls /sys/block  bus  class  dev  devices  firmware  fs  hypervisor  kernel  module  power🐱 ls /sys/fs/bpf  cgroup  fuse  pstore  selinux  xfs

命令相关目录

• /bin： bin 是 Binaries (二进制文件) 的缩写, 这个目录存放着最经常使用的命令。

• /sbin：sbin是 Superuser Binaries (超级用户的二进制文件)，这里存放的是系统管理员使用的系统管理程序。

//这两个文件基本上都是同一个目录，软链接[fpaopao@Rocky9 ~]$ ll /sbinlrwxrwxrwx. 1 root root 8 11月  3  2024 /sbin -> usr/sbin[fpaopao@Rocky9 ~]$ ll /binlrwxrwxrwx. 1 root root 7 11月  3  2024 /bin -> usr/bin

• /usr/bin：系统用户使用的应用程序。
• /usr/sbin：超级用户使用的比较高级的管理程序和系统守护程序。

程序相关目录

• /proc：proc 是 Processes(进程) 的缩写，/proc 是一种伪文件系统（也即虚拟文件系统），存储的是当前内核运行状态的一系列特殊文件，这个目录是一个虚拟的目录，它是系统内存的映射，我们可以通过直接访问这个目录来获取系统信息。

//通过读取这个文件，可以看到内存，Cpu的信息，需要借助命令来查看；🐱 ll /proc/ioports-r--r--r-- 1 root root 0  6月 16 20:23 /proc/ioports🐱 ll /proc/cpuinfo-r--r--r-- 1 root root 0  6月 16 18:16 /proc/cpuinfo

• /srv：该目录存放一些服务启动之后需要提取的数据。
• /usr：usr 是 unix shared resources(共享资源)，这是一个非常重要的目录，用户的很多应用程序和文件都放在这个目录下，类似于 windows 下的 program files 目录。

//容量比较大🐱 du -sh /var/276M    /var/

• /usr/src 内核源代码默认的放置目录。
• /var：var 是 variable(变量) 的缩写，这个目录中存放着在不断扩充着的东西，主要用于那些经常被修改的场景。

//比如登陆SSH后，观察这文件🐱 ll /var/log/secure-rw------- 1 root root 2487  6月 16 20:43 /var/log/secure

• /run：是一个临时文件系统，存放进程PID编号，，存储系统启动以来的信息。当系统重启时，这个目录下的文件应该被删掉或清除。如果你的系统上有 /var/run 目录，应该让它指向 run。

• /usr/share：应用程序软件的帮助信息文件所在目录

设备相关目录

• /dev ：dev 是 Device(设备) 的缩写, 该目录下存放的是 Linux 的外部设备。

其中有几个重要目录需要记住：//黑洞目录🐱 ll /dev/nullcrw-rw-rw- 1 root root 1, 3  6月 16 18:17 /dev/null//摇钱树，取数据🐱 ll /dev/zerocrw-rw-rw- 1 root root 1, 5  6月 16 18:17 /dev/zero//用法:  生成一个大文件🐱 cd /tmp🐱 dd if=/dev/zero of=/tmp/datatest count=1025M bs=1🐱 ls -l总用量 1049600-rw-r--r-- 1 root root 1074790400  6月 16 20:12 datatest  //是不是很大//生成随机数，一般用来做验证码和创建密码等；🐱 ll /dev/randomcrw-rw-rw- 1 root root 1, 8  6月 16 18:17 /dev/random//比如定义一个变量🐱 echo${RANDOM}22311🐱 echo${RANDOM}22127🐱 echo${RANDOM}5079🐱 echo${RANDOM}624

• /media：linux 系统会自动识别一些设备，例如U盘、光驱等等，当识别后，Linux 会把识别的设备挂载到这个目录下。

//早期挂载光盘用的，而且是个 空文件🐱 ll /media/总用量 0

• /mnt：系统提供该目录是为了让用户临时挂载别的文件系统的，简单来说是给光驱使用的。

//挂载光盘，空目录🐱 ll /mnt总用量 0drwxr-xr-x. 2 root root 6  3月 13 16:35 hgfs    //hgfs 是 VMware 独家开发的专用文件共享驱动，只给 VMware 虚拟机用。

• /misc/cd:即使没有挂载光盘，也可以直接进入到光盘里面
• 前提 autofs 服务是启动的，没有该服务的话，可以通过安装 autofs 软件后启动服务来实现。

其他目录

• /lost+found：这个目录一般情况下是空的，当系统非法关机后，这里就存放了一些文件。
• /opt：opt 是 optional(可选) 的缩写，这是给主机额外安装软件所摆放的目录。

/第三方厂商，空目录🐱 ll /opt总用量 0

• /selinux： 这个目录是 Redhat/CentOS 所特有的安全机制目录，类似于 windows 的防火墙目录。
• /tmp：tmp 是 temporary(临时) 的缩写这个目录是用来存放一些临时文件的。

//背景为绿色，谁创建的文件，谁才能删除🐱 ls /tmpdatatest                                                                     systemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-irqbalance.service-BydxSSsystemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-bluetooth.service-eAdzJf    systemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-kdump.service-E8ubresystemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-chronyd.service-3e0LO1      systemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-systemd-logind.service-6b2RCosystemd-private-c78c62899acd48f3a2d662859420ec4c-dbus-broker.service-psasAd

文件类型

根据文件存储的格式、存储文件的额外功能、适用场景的不同，文件系统划分为了很多类型；

系统文件类型种类

1. FAT（File Allocation Table）文件系统

• FAT是一种简单且广泛使用的文件系统，主要包括FAT12、FAT16和FAT32等版本。
• 它使用文件分配表来管理文件的位置和状态，具有跨平台性和良好的兼容性，几乎支持所有主流的操作系统。然而，FAT文件系统不支持高级的文件权限控制

2. NTFS（New Technology File System）文件系统

• NTFS是Windows操作系统的标准文件系统，支持高级功能，如文件权限、加密、压缩和磁盘配额。
• 它提供了更高的安全性和稳定性，支持大文件和分区，并具有文件系统日志，有助于防止数据丢失。
• NTFS最适合用于Windows操作系统的硬盘分区，以及需要高级文件管理功能的场景。

3. ext4

• ext4是Linux系统中广泛使用的文件系统，它继承了ext3的优点，并在性能和稳定性方面有所提升。
• ext4支持大文件和大容量存储设备，具备日志功能以防止数据损坏，并支持延迟分配以减少文件碎片
• ext4最适合用于Linux系统的硬盘分区，以及需要高性能和稳定性的服务器环境。

4. HFS+和APFS  HFS+和APFS（Apple File System）

• HFS+是macOS系统早期使用的文件系统，而APFS是Apple为macOS、iOS等系统设计的最新文件系统。
• APFS提供了更高的性能和数据完整性，支持快速文件复制和快照，专为SSD设计，优化了SSD性能。
• HFS+和APFS均适用于macOS系统的硬盘分区，以及需要macOS系统特性的环境。
• APFS因其现代化特性和高性能而成为Apple设备的首选文件系统。

5. XFS （eXtended File System）

• XFS是一个高性能的64位文件系统，最初由SGI开发，用于高负载服务器和数据存储。
• 它支持大文件和高并发的读写操作，具有动态空间分配和高效的空间管理能力。
• XFS最适合用于需要处理大量数据的高性能服务器和数据存储系统。

6. Btrfs（B-tree File System）

• Btrfs是一个现代的Linux文件系统，旨在取代ext4。
• 它支持文件系统快照、动态卷管理和内建的数据校验功能，提高了数据的完整性和恢复能力。
• Btrfs适用于需要高级数据恢复和备份能力的Linux系统环境。

7. ZFS（Z File System）

• ZFS是由Sun Microsystems设计的先进文件系统，集成了文件系统和逻辑卷管理功能。
• 它支持数据校验和修复、快照、复制和压缩功能，适用于需要高数据完整性和可用性的企业级存储系统。
• ZFS适用于需要高数据完整性和高可用性的企业级存储系统，以及需要大容量存储的环境。

8. Swap

• Swap不是一种传统的文件系统，而是一种虚拟内存机制。当操作系统预测到内存分配可能会变得困难时，就会提前触发swap机制，以预防内存不足的情况。这有助于确保系统的稳定性和性能。
• 当操作系统预测到物理内存不足时，Swap允许系统将部分内存数据写入磁盘上的Swap空间中，以释放物 理内存给其他进程使用。Swap空间可以是专门分配的分区，也可以是文件系统中的文件。Swap的使用有助于提升系统的稳定性和性能，尤其是在内存资源紧张的情况下

文件类型

1. 普通文件（Regular Files）：

这是最常见的文件类型，包含文本、数据、程序代码等。

可以使用cat、less、more等命令来查看内容，使用cp、mv、rm等命令来管理。

2.目录文件（Directories）：

目录用于存储其他文件的路径名和相关信息，被视为一种特殊的文件。

可以使用mkdir、rmdir来创建和删除目录，使用cd命令来切换当前工作目录。

3. 链接文件（Links）：

• 链接文件分为硬链接（Hard Links）和软链接（Symbolic Links，也称为符号链接）。

硬链接指向文件的inode节点，允许多个文件名与同一个文件关联。（同个文件使用多个文件名）

//创建硬链接，可以看到inode号是一样的，文件也会同步✨ root@Rocky9[:/tmp/test01 🚀 $ ln 2.jar 123.jar✨ root@Rocky9[:/tmp/test01 🚀 $ ll -i 2.jar 123.jar67240364 -rw-r--r-- 2 root root 0  6月 17 09:54 123.jar67240364 -rw-r--r-- 2 root root 0  6月 17 09:54 2.jar//但是不支持创建目录，和跨分区操作✨ root@Rocky9[:/tmp/test01 🚀 $ ln 1.txt/ /tmp/2.jarln: 1.txt/: 不允许将硬链接指向目录

软链接是一个特殊的文件，它指向另一个文件或目录的路径，可以跨文件系统。（类似windows快捷方式），它一般用作版本升级，回退等；