Linux 系统编程：文件系统

文件类型

Linux 文件分为 3 类：

1. 普通文件：文本文件、二进制文件，要学习如何创建、复制、移动、重命名和删除这样的文件。
2. 目录（Windows 中的“文件夹”与之类似）
3. 伪文件：设备文件、命名管道、proc 文件，不存储数据，因此不占用任何空间。
   • 设备文件：物理设备的内部表示，键盘、打印机、磁盘驱动器都可以当做特殊文件来访问
   • 命名管道：将一个程序的输出连接到另一个程序的输入上
   • proc 文件：访问内核中的信息，最初这些文件用来提供正在运行的进程（process）的信息，因此命名为“proc” 。

目录

目录 将文件组织成一个类似树的层次系统。父目录 是包含其他目录的目录。 子目录 是位于另一个目录中的目录。

通常在谈论目录时就好像目录中实际包含其他文件一样。实际上，所有的文件都存储为一个单独的实体。目录并不存放实际文件，它只是包含 Linux 定位文件所需的信息。

设备文件

设备文件 是表示物理设备的伪文件。Linux 将所有的设备文件存放在 /dev 目录中。这是单词 device （设备）的简称。

硬件设备文件

• /dev/hda ：IDE 硬盘
• /dev/hda1 ：IDE 硬盘第 1 分区
• /dev/sda ：SATA/SCSI 硬盘
• /dev/sda1 ：SATA/SCSI 硬盘第 1 分区
• /dev/nvme0n1：NVMe 固态硬盘的第 1 个物理驱动器
• /dev/lp0 ：打印机

硬盘按其结构原理分为机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）和混合硬盘（SSHD）。
按接口类型分为：IDE、SATA、SCSI、SAS、PCIE、M.2 等。
M.2 接口是专门为固态硬盘准备的新接口，本质上是一个 PCIe 插槽，支持 NVMe 协议。
更详细的硬盘接口参考 这里。

终端

• /dev/tty：当前终端，示当前正在运行的进程所在的控制台终端设备。
• /dev/tty1：控制台终端（一般是显示屏）/虚拟控制台
• /dev/pts/0：伪终端，GUI 中打开的终端窗口、远程连接到主机的终端

使用 tty 命令显示终端的名称

伪设备

伪设备是一个文件，充当输入源或输出目标。伪设备并不对应于实际设备。

• /dev/null：它被用来丢弃所有写入它的数据，读取它会立即返回EOF（文件结束）。通常用于丢弃不需要的输出数据，例如在命令行中执行命令时，可以将不需要的输出重定向到 /dev/null。
• /dev/zero：放弃输出，输入返回和请求一样多的字符，它们都是 null （二进制的 0），/dev/zero 通常用于生成无限数量的二进制 0，例如生成大量的零填充数据。
• /dev/random：随机数生成器，使用物理噪声源，随机数质量高，生成慢，适合高安全性场合。
• /dev/urandom：随机数生成器，使用伪随机数生成器，随机数质量低，生成快，适合一般场合。

命令管道

提取系统口令文件中所有包含字符串“bash”的行，然后通过管道传送给 wc 程序统计这些行的数量：

grep bash /etc/passwd | wc -l

这里面的管道没有具体名字，称为匿名管道。使用下面的命令可以创建一个名为 fifotest 的命名管道：

mkfifo fifotest
grep bash /etc/passwd > fifotest

之后终端会进入阻塞状态，此时再打开一个终端，在终端中使用 wc -l < fifotest 来从命名管道读取数据。注意命名管道是单向的，其中的数据是先进先出的。删除命名管道使用 rm fifotest。

1. 打开终端 1，新建命名管道：mkfifo fifotest，然后输入 echo "Hello pipe" > fifotest
2. 打开终端 2，输入 grep bash /etc/passwd > fifotest
3. 打开终端 3，输入 cat fifotest

会显示：

Hello pipe
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
zhg:x:1000:1000:ubuntu-20.4,,,:/home/zhg:/bin/bash

文件结构层次

Linux 目录结构遵循 文件系统层次结构标准（FHS），它由 Linux 基金会维护。最新版本为 3.0，于 2015 年 6 月 3 日发布。具体内容可以参考维基百科词条：《Filesystem Hierarchy Standard》。下图展示了标准 FHS 的目录结构。从图中可以看出，所有文件和目录都显示在根目录 / 下，即使它们存储在不同的物理或虚拟设备上。

路径和工作目录

这是一个 words 文件的路径：/usr/share/dict/words 。首先时一个 / 字符，表示根目录，然后是到达 words 文件途径的所有目录名，每个目录名后面跟着一个 / ，最后是文件名。

Linux 允许指定一个目录为 工作目录 (也称为 当前目录)。使用工作目录中的文件时，无需指定整个路径，只需键入文件名即可。

如果目录序列从根目录开始，称为 绝对路径名 ：/usr/share/dict/words
如果目录序列从工作目录开始，称为 相对路径名 ：dict/words

三种路径名缩写：

1. .. ：指父目录
2. .：指工作目录本身
3. ~：指 home 目录

. 和 .. 实际上是目录条目，由文件系统自动创建。系统中的每个目录都包含有这两个条目。
~ 是 shell 提供的抽象概念，是为了方便引用 home 目录而提供的。

Linux 系统中，shell 使用一个特殊的环境变量 PATH 来决定在哪些目录中查找可执行文件。出于安全考虑，当前目录（.）通常不包含在这个 PATH 变量中。因此，仅仅输入程序名（例如my_program）而不指定路径的话，shell 会在 PATH 指定的目录列表中查找 my_program，但不会在当前目录下查找。使用 ./ 明确告诉 shell 在当前目录下查找并执行该文件。

目录操作命令

显示工作目录名称：pwd

显示工作目录的名称， pwd 是 print working directory 的缩写。

切换目录：cd

切换工作目录，change directory。

• cd /bin：使用绝对路径切换
• cd bin：使用相对路径切换，当前工作目录中要有子目录 bin
• cd：切换到 home 目录(另一种方法是：cd ~)
• cd -：切换到上一次访问的目录
• cd ..：切换到父目录

创建新目录：mkdir

文件名区分大小写。

• mkdir bin etc：创建 bin 和 etc 目录
• mkdir /home/zzch/bin：使用绝对路径创建目录(父目录 /home/zzch 必须存在)
• mkdir -p /home/zzch/bin：-p 选项自动创建所有需要的父目录(make parent)

删除目录：rmdir

只有当一个目录为空的时候，才能删除这个目录。不能删除工作目录和根目录之间的任何目录。

• rmdir bin：删除目录 bin，bin 必须是空目录
• rmdir -p /home/zzch/bin：-p 选项自删除除所有需要移除的父目录

rm -r 移除所有子目录及其内容。

移动或重命名目录：mv

语法：mv directory target

• 移动后，原位置的目录将不存在，同时移动目录中所有的文件和子目录
• 如果新位置和原位置在同一个目录中，实际结果就是对原目录重命名
• 还可以移动或重命名文件

显示目录内容信息：ls

list files：列举文件

• ls：以列的形式按字母表顺序显示当前目录的文件名称，当将 ls 的输出重定向到文件或管道线时，ls 以每个文件名占一行的形式输出结果。
• ls -t：以时间顺序显示当前目录的文件名，默认是文件最后一次修改的时间。如果想按照最后一次读取文件的时间排序，使用 -tu 选项
• ls -l：以长列表的形式显示
• ls -1：每个文件名占一行的形式输出(注意选项是数字 1)
• ls -a：显示隐藏文件，a 指 all files，全部文件。(ubuntu 文件管理器中，快捷键 Ctrl + h 显示隐藏文件，这里 h 指 hide)
• ls /bin /etc：显示 bin 和 etc 目录汇总的文件名称
• ls -R /bin：列举 bin 目录中的所有直接或间接的子目录和文件信息。(R 表示 recursive，递归)
• ls -s /bin：显示 bin 目录内的文件和目录的大小(s 指 size)，ls -sh /bin 以适合人类阅读的方式显示(h 指 human)。注意：ls -s 不统计子目录内的文件大小，因此子目录一般都是显示 4KB。
• ls -sSh /bin：按照文件大小降序、以适合人类阅读的方式显示 bin 目录内的文件和文件夹(S 指 Sort，排序)。按照文件大小升序显示选项为 -r(r 指 reverse，相反)

区域设置：
locale 查看环境变量的值，排序序列变量是 LC_COLLATE。
如果 LC_COLLATE = “C”，字母排序和 ASCII 码相同：ABCDEF…abcdef…
如果 LC_COLLATE = “en_US”，字母排序和字典相同：aAbBcCdDeEfF…

长列表输出解析：

total 8
drwxrwxr-x 3 zhzhchang jack 4096 Dec 31 18:06 target
-rw-rw-r-- 1 zhzhchang jack   59 Oct 23 05:48 tmp.txt

• 最右边是文件名，比如 target 和 tmp.txt
• 文件名的左边是时间和日期，默认是修改时间，可以使用 -lu 选项显示文件的读取时间。
• 在日期的左边，是以字节为单位的文件大小，可以使用 -lh 以适合人类阅读的方式显示文件大小。注意，文件大小是文件的实际数据量，而不是文件占用的存储空间。
  注意 target 目录的大小是 4K。这是因为我测试用的系统使用 4K 大小的分配单元，而且每个目录最少使用 1 个分配单元。重要的是记住 数量 4K 指的是目录本身的大小，而不是目录内容的大小。尽管我们在谈论目录时，就好像它“包含”大量文件，其实这只是一个隐喻。目录只占用少量的存储空间，因为它们包含的是有关文件的信息，而不是文件本身。
• 一行的第一个字母指示文件类型：
  • - ：常规文件
  • d ：目录
  • l：符号连接(小写字母 l)
  • b：块设备(特殊文件)
  • c：字符文件(特殊文件)
  • p：命名管道/FIFO
• 在文件大小的左边是两个名称：文件属主的用户标识和用户标识所属的组。在本例中，所有文件由用户标识 zhzhchang 拥有，而 zhzhchang 位于 jack 组中。
• 用户标识的左边的数字显示文件由多少个链接
• 链接数的左边是 9 个字符的字符串，显示文件的权限。

查看磁盘使用：du

disk usage：磁盘使用，汇总文件集的磁盘使用情况，递归地用于目录。

• du file-name：查看指定文件大小，选项 -h 以适合人类阅读方式显示。
• du -h /etc：查看指定目录内的文件大小，会递归的用于子目录。这跟 ls -hs 不统计子目录内的文件不同。
• du -hd1 /etc：指定递归的子目录深度为 1 。d 表示 depth，深度，后面跟的数字表示递归子目录的深度。虽然本例只显示一级子目录，但统计的文件大小仍包含所有文件的大小。
• du -hs /etc：s 选项只显示目录 etc 的总和(sum)，包括子目录内的所有文件和目录。(只统计总和时，如果遇到权限问题会输出错误信息，通常将错误信息重定向到位桶：du -hs /etc 2> /dev/null )
• du -hd1 /etc | sort -h：以适合人类阅读的方式显示、只递归 1 级子目录，结果按照文件大小排序

查看磁盘可用空间：df

disk free-space：磁盘可用空间

• df -h：以适合人类阅读的方式显示输出。h 表示 human。
• df -i：显示文件系统的 inode 使用情况

读后有收获，资助博主养娃 - 千金难买知识，但可以买好多奶粉 (〃‘▽’〃)