Linux文件系统

Linux文件系统

Linux 文件系统是 Linux 操作系统中用于存储和组织文件的结构。以下是一些关键概念和常见的 Linux 文件系统类型：

关键概念

1. 文件系统层次结构：Linux 使用统一的文件系统层次结构，所有文件和目录都从根目录 / 开始。

2. 目录结构：

   • /：根目录。
   • /home：用户的主目录。
   • /etc：系统配置文件。
   • /var：可变数据，如日志文件。
   • /usr：用户程序和数据。
   • /bin：基本命令。
   • /sbin：系统管理命令。

3. 权限管理：Linux 文件系统使用权限（读、写、执行）来控制对文件和目录的访问。

4. 挂载：文件系统可以被挂载到目录中，使其内容可用。

常见的文件系统类型

1. ext4：最常用的 Linux 文件系统，支持大文件和大容量存储。

2. XFS：高性能文件系统，适用于大文件和高并发环境。

3. Btrfs：现代文件系统，支持快照、压缩和动态分配。

4. FAT32：常用于 USB 驱动器和其他可移动存储设备，兼容性好。

5. NTFS：Windows 文件系统，Linux 支持读写，但可能不如原生文件系统稳定。

常用命令

• ls：列出目录内容。
• cd：更改目录。
• cp：复制文件或目录。
• mv：移动或重命名文件或目录。
• rm：删除文件或目录。
• chmod：更改文件或目录的权限。
• df：显示文件系统的磁盘空间使用情况。
• mount：挂载文件系统。

文件系统底层（ ext4 和 XFS 文件系统）

ext4 文件系统

1. 底层结构：

   • 超级块（Superblock）：存储文件系统的整体信息，如块大小、inode 数量、块组数量等。
   • 块组描述符表（Block Group Descriptor Table）：每个块组有一个块组描述符表，记录块组的信息，如空闲块数量、inode 数量等。
   • inode 表：存储所有文件和目录的 inode 结构。
   • 数据块：存储文件的实际数据。

2. 物理结构：

   • 块组：每个块组包含超级块、块组描述符表、块位图、inode 位图和数据块。
   • 块位图：记录数据块的使用情况。
   • inode 位图：记录 inode 的使用情况。
   • 数据块：存储文件的实际数据。

XFS 文件系统

1. 底层结构：

   • 超级块（Superblock）：存储文件系统的整体信息。
   • AG（Allocation Group）：将文件系统划分为多个 AG，每个 AG 包含数据块、inode 等。
   • inode：存储文件和目录的元数据。

2. 物理结构：

   • AG：每个 AG 包含超级块、inode 区域、数据块区域和日志区域。
   • inode 区域：存储 inode 结构。
   • 数据块区域：存储文件的实际数据。
   • 日志区域：用于记录文件系统的变化，以确保一致性。

比较

• ext4 使用块组的概念，而 XFS 使用 AG 的概念。
• ext4 的 inode 和数据块分布在块组中，而 XFS 的 inode 和数据块分布在 AG 中。
• XFS 在处理大文件和高并发时性能更好，而 ext4 在一般用途下更常见。

ls -la 的执行结果
数据存储位置
目录项（Directory Entry）：
每个目录在文件系统中都有一个目录项，目录项包含文件名和对应的 inode 号。
目录项存储在目录的特定数据块中。
inode：
每个文件和目录都有一个 inode，inode 存储了文件的元数据，包括权限、所有者、大小、时间戳等。
inode 信息存储在文件系统的 inode 表中。
执行过程
当您执行 ls -la 命令时，系统会进行以下操作：
读取目录：首先读取当前目录的目录项，获取所有文件和子目录的 inode 号。
获取 inode 信息：根据 inode 号，读取每个文件或目录的 inode，获取其元数据。
显示信息：将获取的文件名和 inode 信息格式化并输出到终端。

i节点和数据块

在 Linux 文件系统中，i 节点（inode）和数据块是存储文件和目录信息的基本结构。

i 节点（inode）

1. 定义：

   • i 节点是文件系统中用于存储文件或目录元数据的结构，包括文件类型、权限、所有者、大小、时间戳（创建、修改、访问时间、指向数据块的指针）等。

2. 操作：

   • 创建文件：当创建一个新文件时，文件系统会分配一个新的 i 节点，并在目录中添加一个目录项，指向该 i 节点。
   • 读取文件：读取文件时，首先通过目录项获取对应的 i 节点，然后根据 i 节点中的信息找到数据块。
   • 修改文件：修改文件内容时，文件系统会更新数据块，并可能更新 i 节点中的时间戳。
   • 删除文件：删除文件时，文件系统会从目录中移除对应的目录项，并释放 i 节点和数据块。

3. 存储：

   • 在传统 Unix 文件系统中（如 ext2、ext3、ext4 等），i 节点表通常存储在文件系统的固定位置，通常是文件系统的预留区域。
     文件系统会维护一个 i 节点表，其中包含所有文件和目录的 i 节点信息，通过这个表可以找到每个文件或目录对应的 i 节点。
   • 一些现代文件系统（如 Btrfs、XFS 等）采用了不同的方式来管理 i 节点，可能会将 i 节点信息分散存储在文件系统的数据结构中，而不是集中存储在一个表中。

数据块

1. 定义：

   • 数据块是文件系统中用于存储文件实际数据的基本单位。文件的内容存储在一个或多个数据块中。

2. 操作：

   • 写入数据：当写入数据到文件时，文件系统会分配一个或多个数据块，并将数据写入这些块中。
   • 读取数据：读取文件时，文件系统根据 i 节点中的数据块指针读取相应的数据块。
   • 扩展文件：如果文件增加了数据，文件系统可能需要分配新的数据块，并更新 i 节点中的数据块指针。
   • 释放数据块：当文件被删除或截断时，文件系统会释放不再使用的数据块。

具体操作示例

• 创建文件：

  touch example.txt
  

  这将创建一个新的文件 example.txt，并分配一个新的 i 节点。

• 查看 i 节点 信息：

  ls -i example.txt
  

  这将显示 example.txt 的 i 节点号。

• 查看文件内容：

  cat example.txt
  

  这将读取文件内容，文件系统会根据 i 节点找到数据块并读取数据。

• 删除文件：

  rm example.txt
  

  这将删除 example.txt，并释放其 i 节点和数据块。

vim和重定向的区别
vim打开一个已经存在的文件的时候，实际上创建了一个新的i节点，然后改变文件名和i节点的链接。
而重定向输出到文件末尾不会改变i节点。

vim打开一个存在的文件夹的时候，实际上是创建了一个和原文件相同的隐藏文件，这样既可以让其他用户访问该文件，也可以在出现异常断电的时候保存未完成的文件。

rm

以下是关于 rm 命令的一些重要知识：

1. 基本用法：

   • 删除单个文件：rm filename
   • 删除多个文件：rm file1 file2 file3

2. 常用选项：

   • -f：强制删除，不提示确认。
   • -i：交互式删除，删除前会询问确认。
   • -r 或 -R：递归删除，用于删除目录及其内容。
   • -v：显示详细的删除过程。

3. 删除目录：

   • 删除空目录：rmdir dirname
   • 删除非空目录：rm -r dirname

4. 安全性：

   • 使用 rm 命令时要小心，因为删除的文件通常无法恢复。
   • 可以使用 -i 选项来增加安全性，避免误删。

rm 命令的底层实现是通过系统调用来完成文件或目录的删除操作。具体来说，rm 命令会调用 unlink() 系统调用来删除一个文件，或者调用 rmdir() 系统调用来删除一个目录。这些系统调用会直接与文件系统交互，告诉文件系统删除指定的文件或目录。
在底层，文件系统会更新文件系统的数据结构，标记被删除的文件或目录的磁盘空间为可重用。这样，被删除的文件或目录在文件系统中就不再存在，但实际上数据并没有被完全擦除，只是被标记为可覆盖。

软链接、硬链接

以下是关于 ln 命令、软链接、硬链接以及文件访问控制列表（File Access Control Lists，facl）的相关知识：

1. ln 命令：

   • ln 命令用于创建链接（link），可以创建硬链接或软链接。
   • 语法：ln [选项] 源文件 目标文件
   • 常用选项：
     • -s：创建软链接（符号链接）。
     • -f：强制创建链接，覆盖已存在的目标文件。

2. 软链接（符号链接）：

   • 软链接是一种特殊的文件，它包含指向另一个文件的路径。
   • 软链接类似于 Windows 中的快捷方式，可以跨文件系统，但源文件被删除后软链接失效。
   • 创建软链接：ln -s 源文件 目标文件

3. 硬链接：

   • 硬链接是文件系统中的一个目录项，指向同一索引节点（inode）的不同文件名。
   • 硬链接只能在同一文件系统内创建，删除源文件不影响硬链接的可用性。
   • 创建硬链接：ln 源文件 目标文件

4. 文件访问控制列表（facl）：

   • 文件访问控制列表（facl）是一种用于控制文件和目录访问权限的扩展机制。
   • facl 允许对文件或目录设置更精细的权限控制，包括用户、组和其他用户的读、写、执行权限。
   • 常用命令：
     • 设置 facl：setfacl
     • 查看 facl：getfacl

以下是更多关于 ln 命令、软链接、硬链接和文件访问控制列表（facl）的知识：

5. 硬链接与软链接的区别：

   • 硬链接：硬链接是文件系统中的目录项，多个文件名指向同一个 inode，删除源文件不影响硬链接的可用性，但不能跨文件系统。
   • 软链接：软链接是一个特殊的文件，包含指向另一个文件的路径，源文件被删除后软链接失效，可以跨文件系统。
   • 软链接是通过存储源文件的路径信息来访问文件内容，而不是直接通过数据块或 inode 访问文件。

6. 使用场景：

   • 硬链接适合在同一文件系统内对同一文件创建多个别名，节省存储空间。
   • 软链接适合跨文件系统或需要动态指向不同文件的情况，如软件安装目录的符号链接。

7. 文件访问控制列表（facl）：

   • facl 提供了更灵活的权限控制，可以为文件或目录设置额外的访问权限。
   • 通过 facl，可以指定不同用户或用户组对文件或目录的读、写、执行权限，实现更细粒度的权限控制。

8. facl 命令示例：

setfacl -m u:user:rw- file.txt       #设置facl(为用户 user 设置读写权限）
getfacl file.txt                     #查看 facl：

9. 注意事项：
   • 在使用链接时要注意不要形成循环链接，避免出现死循环。
   • 使用 facl 时要谨慎设置权限，确保文件和目录的安全性和可访问性。