41、Linux文件系统：权限、时间戳、元结构与链接详解-优快云博客

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Linux文件系统：权限、时间戳、元结构与链接详解

1. 文件权限与用户组

在Linux系统中，文件权限和用户组的设置对于文件的安全共享至关重要。我们可以通过以下操作来体验：
- 创建共享目录 ：

[root@studentvm1 home]# ll | grep dev ; chmod 2770 dev ; ll | grep dev
drwxrwx---   2 root     dev       4096 Apr  1 13:39 dev
drwxrws---   2 root     dev       4096 Apr  1 13:39 dev

上述命令首先查看 dev 目录的权限，然后使用 chmod 2770 dev 将其权限设置为 drwxrws--- ，这里的 2 代表设置了 setgid 位，使得在该目录下创建的文件的组所有权自动继承为 dev 。
- 用户操作测试 ：分别以 student 和 student1 用户身份，将工作目录切换到 /home/dev 并创建新文件：

# 以student用户为例
[student@studentvm1 ~]$ cd /home/dev
[student@studentvm1 dev]$ touch newfile

创建的文件会自动以 dev 作为组所有者，无需使用 chgrp 命令更改。然而，当 student2 用户尝试进入该目录时：

[student2@studentvm1 ~]$ cd /home/dev
-Bash: cd: /home/dev: Permission denied

这是因为 student2 不是 dev 组的成员，而目录权限不允许非组成员访问。

2. umask的作用

umask 是Linux用于指定所有新文件默认权限的设置。在 /etc/profile （bash shell配置文件之一）中设置。不同用户类型的 umask 值不同：
- 根用户和非根非登录shell的 umask 为 022 。
- 非根登录shell的 umask 为 002 。

umask 采用反向逻辑，它指定的是文件创建时要关闭的权限位。例如，当 umask 为 000 时，新文件的默认权限为 rw-rw-rw- ；当 umask 为 022 时，权限变为 rw-r-r-- ，即其他用户和同一组的用户可以读取文件，但不能删除或更改。

实验：查看和更改umask

# 查看当前umask
[student@studentvm1 ~]$ umask
0002
# 更改umask并测试
[student@studentvm1 ~]$ umask 006 ; umask
0006
[student@studentvm1 ~]$ touch umask.test ; ll umask.test
-rw-rw---- 1 student student 0 Apr  2 08:50 umask.test

这里创建的 umask.test 文件权限为 rw-rw---- ，表明其他用户没有任何访问权限。需要注意的是， umask 仅在当前shell中生效，若要使其在所有新shell会话和重启后持续生效，需要在 /etc/profile.d 中的脚本中进行更改。

3. 更改文件权限的方法

设置文件和目录权限有两种基本方式：符号表示法和八进制数字表示法。

实验：使用数字表示法设置权限

# 验证并更改单个文件权限
[student@studentvm1 ~]$ ll umask.test ; chmod 664 umask.test ; ll umask.test
-rw-rw---- 1 student student 0 Apr  2 08:50 umask.test
-rw-rw-r-- 1 student student 0 Apr  2 08:50 umask.test

数字表示法会忽略文件原有的权限，直接将其设置为指定的值。为了进一步测试，我们创建多个文件并设置不同的权限：

# 创建测试目录并生成多个文件
[student@studentvm1 ~]$ cd ~/testdir
[student@studentvm1 testdir]$ for X in `seq -w 100` ; do touch file$X ; done
# 更改文件权限
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 760 * ; ll
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 764 file06* ; ll
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 764 file0*3 ; ll
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 700 file0[2-5][6-7] ; ll
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 640 file0[4-7][2-4] ; ll

实验：使用符号表示法设置权限

# 有针对性地更改文件权限
[student@studentvm1 testdir]$ chmod g+rx,g-w file013 file026 file027 file036 file053 file092
[student@studentvm1 testdir]$ ll | awk '{print $1" "$9}' | column

符号表示法可以在不改变其他权限的情况下，对指定文件的特定权限进行添加或删除操作。

4. 权限的应用与实验

权限的应用有时会比较复杂。例如，对于一个权限为 --- rw- rw- 、所有者为 student.student 的文件，尽管组和其他用户有读写权限，但所有者却无法访问该文件，因为权限是从左到右扫描，首先匹配到的用户权限为 --- 。

实验：权限测试

# 更改文件权限并尝试读取
[student@studentvm1 testdir]$ chmod 066 file001 ; ll file001 ; cat file001
----rw-rw- 1 student student 0 Dec 12 21:56 file001
cat: file001: Permission denied

不过，用户可以通过 u+rw 将权限改回。另外，在 /home/dev 目录下创建文件并设置权限为 066 ：

# 创建文件并测试读取
[student@studentvm1 dev]$ echo "Hello World" > testfile-01.txt ; ll ; cat testfile-01.txt
total 4
-rw-rw-r-- 1 student dev 12 Apr  2 09:19 testfile-01.txt
Hello World

此时， student1 用户也可以读取该文件，这表明可以创建所有者无访问权限，但组内成员或其他用户可以读写的文件。

5. 文件时间戳

所有文件和目录都有三个时间戳：
- 访问时间（atime） ：文件最后一次被访问的时间。
- 修改时间（mtime） ：文件内容最后一次被修改的时间。
- 更改时间（ctime） ：文件权限或所有权等属性最后一次被更改的时间。

在长文件列表中显示的时间是 mtime ，虽然显示时会截断到最近的秒，但所有时间戳都精确到纳秒。

6. 文件元结构

文件的各种属性存储在存储设备的元结构中，主要包括目录项和inode：
- 目录项 ：位于目录中，包含文件名和指向文件inode的指针（inode号）。
- inode ：包含文件的大部分元数据，如用户和组ID、时间戳、访问权限、文件类型、数据存储位置等。每个文件系统（分区或逻辑卷）中的inode都有唯一的inode号。

7. 文件信息查询命令

Linux提供了一些命令来帮助我们了解文件的详细信息：
- file命令 ：用于确定文件的类型。

[student@studentvm1 ~]$ file .bash_profile
.bash_profile: ASCII text
[student@studentvm1 ~]$ file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=c317b9642d768fb20adb11ab87e59bce8d8abc6e, for GNU/Linux 3.2.0, stripped

strings命令 ：从任何文件（包括二进制可执行文件）中提取所有文本字符串。

[student@studentvm1 ~]$ strings /bin/ls

stat命令 ：提供文件的大量信息，包括 atime 、 ctime 、 mtime 、文件大小、inode号、硬链接数等。

[student@studentvm1 ~]$ stat /bin/ls
  File: /bin/ls
   Size: 142072          Blocks: 280        IO Block: 4096   regular file
Device: 253,1   Inode: 788998      Links: 1
Access: (0755/-rwxr-xr-x)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2023-02-12 09:42:45.381755845 -0500
Modify: 2023-01-02 07:55:31.000000000 -0500
Change: 2023-01-17 21:22:49.990032410 -0500
 Birth: 2023-01-17 21:22:49.762032384 -0500

8. 文件操作与时间戳变化

我们通过对 ~/testdir 目录下的 file013 文件进行操作，来观察时间戳的变化：

# 查看文件初始信息
[student@studentvm1 testdir]$ stat file013
  File: file013
  Size: 0              Blocks: 0      IO Block: 4096   regular empty file
Device: 253,4   Inode: 2291       Links: 1
Access: (0754/-rwxr-xr--)  Uid: ( 1000/ student)   Gid: ( 1000/ student)
Access: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500
Modify: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500
Change: 2023-02-12 09:03:14.730693683 -0500
 Birth: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500
# 更改文件内容
[student@studentvm1 testdir]$ echo "Hello World" > file013 ; stat file013
  File: file013
  Size: 12              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 253,4   Inode: 2291       Links: 1
Access: (0754/-rwxr-xr--)  Uid: ( 1000/ student)   Gid: ( 1000/ student)
Access: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500
Modify: 2023-02-12 09:49:06.908569402 -0500
Change: 2023-02-12 09:49:06.908569402 -0500
 Birth: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500
# 读取文件并再次查看信息
[student@studentvm1 testdir]$ cat file013 ; stat file013
Hello World
  File: file013
  Size: 12              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 253,4   Inode: 2291       Links: 1
Access: (0754/-rwxr-xr--)  Uid: ( 1000/ student)   Gid: ( 1000/ student)
Access: 2023-02-12 10:01:05.238151167 -0500
Modify: 2023-02-12 09:49:06.908569402 -0500
Change: 2023-02-12 09:49:06.908569402 -0500
 Birth: 2023-02-11 15:36:47.469943267 -0500

从上述操作可以看出，文件内容的修改会导致 mtime 和 ctime 变化，而文件的访问会使 atime 更新， btime （创建时间）则不会改变。

9. 文件链接

Linux文件系统中的链接分为硬链接和软链接两种：
- 硬链接 ：直接指向文件的inode，多个硬链接实际上指向同一个文件数据，删除其中一个链接不会影响其他链接和文件本身。
- 软链接 ：类似于Windows系统中的快捷方式，它包含的是目标文件的路径，当目标文件被删除时，软链接将失效。

链接的存在使得可以在文件系统的多个位置方便地访问同一个文件，无需输入冗长的路径名。例如，在某些情况下，当应用程序需要特定版本的库时，通过创建链接可以解决版本不兼容的问题。

综上所述，了解Linux文件系统的权限、时间戳、元结构和链接等知识，对于系统管理和文件操作具有重要意义。通过合理设置权限和利用链接，可以提高文件的安全性和操作的便捷性。

Linux文件系统：权限、时间戳、元结构与链接详解

10. 硬链接与软链接的操作示例

为了更好地理解硬链接和软链接，我们通过具体的操作示例来演示它们的创建和特点。

创建硬链接

# 创建一个测试文件
[student@studentvm1 ~]$ touch testfile
# 创建硬链接
[student@studentvm1 ~]$ ln testfile testfile_hardlink
# 查看文件信息
[student@studentvm1 ~]$ stat testfile testfile_hardlink

通过上述操作，我们创建了一个硬链接 testfile_hardlink 指向 testfile 。使用 stat 命令查看两个文件的信息，可以发现它们具有相同的inode号，这表明它们实际上指向同一个文件数据。

创建软链接

# 创建软链接
[student@studentvm1 ~]$ ln -s testfile testfile_softlink
# 查看文件信息
[student@studentvm1 ~]$ stat testfile testfile_softlink

这里使用 ln -s 命令创建了一个软链接 testfile_softlink 。查看文件信息时，会发现软链接有自己独立的inode号，它的内容是指向目标文件的路径。

删除操作对链接的影响

# 删除原始文件
[student@studentvm1 ~]$ rm testfile
# 尝试访问硬链接和软链接
[student@studentvm1 ~]$ cat testfile_hardlink
[student@studentvm1 ~]$ cat testfile_softlink

删除原始文件 testfile 后，硬链接 testfile_hardlink 仍然可以正常访问，因为它直接指向文件的数据；而软链接 testfile_softlink 则会失效，尝试访问时会提示文件不存在。

11. 链接在实际应用中的场景

链接在实际应用中有很多场景，以下是一些常见的例子：

软件版本管理 ：当软件升级时，可能会有一些旧版本的程序仍然依赖旧版本的库文件。通过创建软链接，将新库文件链接为旧库文件的名称，可以让旧程序继续正常运行。例如：

# 假设旧库文件名为 libold.so，新库文件名为 libnew.so
[student@studentvm1 ~]$ ln -s libnew.so libold.so

系统配置文件管理 ：在系统配置中，有些配置文件可能需要在多个位置使用。通过创建软链接，可以避免重复配置，提高管理效率。例如，将某个全局配置文件链接到各个用户的配置目录下：

# 假设全局配置文件为 /etc/global.conf，用户配置目录为 ~/.config
[student@studentvm1 ~]$ ln -s /etc/global.conf ~/.config/global.conf

12. 文件权限、时间戳和链接的综合应用

在实际的系统管理中，我们常常需要综合运用文件权限、时间戳和链接的知识来完成各种任务。以下是一个综合应用的示例：

场景描述 ：我们需要创建一个共享目录，只有特定用户组的成员可以访问，并且要记录文件的访问和修改情况。同时，为了方便用户访问，我们要在多个位置创建链接指向共享目录中的文件。

操作步骤 ：
1. 创建共享目录并设置权限

# 创建目录
[root@studentvm1 home]# mkdir shared_dir
# 设置目录权限和组所有权
[root@studentvm1 home]# chmod 2770 shared_dir
[root@studentvm1 home]# chown root:dev shared_dir

# 切换到共享目录
[student@studentvm1 ~]$ cd /home/shared_dir
# 创建文件
[student@studentvm1 shared_dir]$ touch shared_file

记录文件的时间戳变化

# 查看文件初始时间戳
[student@studentvm1 shared_dir]$ stat shared_file
# 修改文件内容
[student@studentvm1 shared_dir]$ echo "This is a shared file." > shared_file
# 再次查看时间戳
[student@studentvm1 shared_dir]$ stat shared_file

创建链接指向共享文件

# 在用户主目录创建软链接
[student@studentvm1 ~]$ ln -s /home/shared_dir/shared_file ~/shared_file_link
# 在另一个目录创建硬链接
[student@studentvm1 ~]$ mkdir another_dir
[student@studentvm1 ~]$ cd another_dir
[student@studentvm1 another_dir]$ ln /home/shared_dir/shared_file shared_file_hardlink

13. 总结与建议

通过对Linux文件系统的权限、时间戳、元结构和链接的深入学习，我们可以总结出以下要点：

权限管理 ：合理设置文件和目录的权限是保障系统安全的重要措施。使用 chmod 和 chown 命令可以灵活地调整权限和所有权。同时，要理解 umask 的作用，根据实际需求设置合适的默认权限。
时间戳监控 ：时间戳可以帮助我们了解文件的使用情况和变化历史。在进行系统维护和故障排查时，查看时间戳可以提供重要的线索。
元结构理解 ：掌握文件的元结构，特别是inode的概念，有助于我们理解文件系统的工作原理。在处理文件时，要清楚文件的各种属性是如何存储和管理的。
链接应用 ：链接是Linux文件系统的一个强大特性，可以提高文件访问的便捷性和系统的灵活性。在实际应用中，根据具体需求选择合适的链接类型。

为了更好地管理Linux系统中的文件，我们给出以下建议：
- 定期检查文件权限，确保只有授权用户可以访问敏感文件。
- 利用时间戳信息，对重要文件进行监控和备份。
- 在创建链接时，要注意链接的有效性和安全性，避免出现链接失效或安全漏洞。

通过不断实践和总结，我们可以更加熟练地运用这些知识，提高Linux系统的管理水平和文件操作效率。

14. 流程图：文件操作与时间戳变化

graph TD;
    A[创建文件] --> B[记录初始时间戳];
    B --> C{操作类型};
    C -->|读取文件| D[atime更新];
    C -->|修改文件内容| E[mtime和ctime更新];
    C -->|更改文件权限或所有权| F[ctime更新];
    D --> G[记录更新后的时间戳];
    E --> G;
    F --> G;

15. 表格：硬链接与软链接对比

链接类型	指向对象	删除影响	inode号	应用场景
硬链接	文件inode	不影响其他链接和文件	与原文件相同	数据备份、避免误删除
软链接	目标文件路径	目标文件删除则失效	独立的inode号	软件版本管理、配置文件共享