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Linux文件系统分析

Linux文件系统分析
1. Linux 磁盘分区和目录
  Linux 发行版本之间的差别很少，差别主要表现在系统管理的特色工具以及软件包管理方式的不同。目录结构基本上都是一样的。 Windows 的文件结构是多个并列的树状结构，最顶部的是不同的磁盘（分区），如： C ， D ， E ， F 等。
Linux 的文件结构是单个的树状结构 . 可以用 tree 进行展示。 在 Ubuntu 下安装 tree （ sudo apt-get install tree ） , 并可通过命令来查看。
每次安装系统的时候我们都会进行分区， Linux 下磁盘分区和目录的关系如下：
–       任何一个分区都必须挂载到某个目录上。
–       目录是逻辑上的区分。分区是物理上的区分。
–       磁盘 Linux 分区都必须挂载到目录树中的某个具体的目录上才能进行读写操作。
–       根目录是所有 Linux 的文件和目录所在的地方，需要挂载上一个磁盘分区。
以下是我们可能存在的一种目录和分区关系：

 图1：目录和分区关系
Q: 如何查看分区和目录及使用情况？
–       fdisk 查看硬盘分区表
–       df ：查看分区使用情况
–       du: 查看文件占用空间情况
Q:   为什么要分区如何分区？
–       可以把不同资料，分别放入不同分区中管理，降低风险。
–       大硬盘搜索范围大，效率低
–       磁盘配合只能对分区做设定
–       /home /var /usr/local 经常是单独分区，因为经常会操作，容易产生碎片

2. Mount 挂载和 NFS 简介
挂载的概念 ：当要使用某个设备时，例如要读取硬盘中的一个格式化好的分区、光盘或软件等设备时，必须先把这些设备对应到某个目录上，而这个目录就称为 “ 挂载点（ mount point ） ” ，这样才可以读取这些设备，而这些对应的动作就是 “ 挂载 ” 。 将物理分区细节屏蔽掉。用户只有统一的逻辑概念。所有的东西都是文件。 Mount 命令可以实现挂载：
mount [-fnrsvw] [-t vfstype] [-o options] device dir
Q ：所有的磁盘分区都必须被挂载上才能使用，那么我们机器上的硬盘分区是如何被挂载的？
A ：这主要是它利用了 /etc/fstab 文件。每次内核加载它知道从这里开始 mount 文件系统。每次系统启动会根据该文件定义自动挂载。若没有被自动挂载，分区将不能使用。 如下是我的 /etc/fstab 的定义，主要是根据装机的分区来的：
#    <type>          
proc            /proc           proc    defaults        0       0
#/dev/sda1 被自动挂载到   /
UUID=cb1934d0-4b72-4bbf-9fad-885d2a8eeeb1 /               ext3    relatime,errors=remount-ro 0       1
# /dev/sda5 被自动挂载到分区 /home
UUID=c40f813b-bb0e-463e-aa85-5092a17c9b94 /home           ext3    relatime        0       2
#/dev/sda7 被自动挂载到 /work
UUID=0f918e7e-721a-41c6-af82-f92352a568af /work           ext3    relatime        0       2
# 分区 /dev/sda6 被自动挂载到 swap
UUID=2f8bdd05-6f8e-4a6b-b166-12bb52591a1f none             swap    sw              0       0

Q ：移动硬盘如何挂载？如何挂载一个新的分区？
移动硬盘有驱动模块会自动挂载，如果有个新硬盘，要先进行分区，并通过 mount 命令挂载到某个文件夹。如果要自动挂载则可以修改 /etc/fstab 文件 .
NFS 简介： NFS 相信在很多地方都有广泛使用，是一个非常好的文件共享方式。我们公司所使用的上传服务就是把文件上传到某台网络服务器上，中间就是通过 NFS 实现。
使用 NFS 客户端可以透明的地访问服务器端的文件。 NFS 也是通过 mount 来实现，底层是通过 NFS 通信协议实现。基本原理：

图2：NFS基本原理

Ubuntu 下面 Ubuntu 下的例子
服务端 :
$apt-get install nfs-kernel-server
vi /etc/exports 添加 nfs 目录 : /personal/nfs_share
10.1.60.34(rw,sync,no_root_squash)
$sudo exportfs -r
$sudo /etc/init.d/portmap start
$sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server start
客户端 :
$sudo apt-get install nfs-common
$sudo mount 10.19.34.76:/personal/nfs_share ~/nfsshare 例子：
3. 文件类型
Linux 下面的文件类型主要有：
a)          普通文件 ： C 语言元代码、 SHELL 脚本、二进制的可执行文件等。分为纯文本和二进制。
b)          目录文件 ：目录，存储文件的唯一地方。
c)          链接文件 ：指向同一个文件或目录的的文件。
d)          特殊文件 ：与系统外设相关的，通常在 /dev 下面。分为块设备和字符设备。
可以通过 ls –l, file, stat 几个命令来查看文件的类型等相关信息。
4.文件存储结构
Linux 正统的文件系统 ( 如 ext2 、 ext3) 一个文件由目录项、 inode 和数据块组成。
目录项 : 包括文件名和 inode 节点号。
Inode ：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。
数据块 ：文件的具体内容存放地。

Linux 正统的文件系统 ( 如 ext2 、 3 等 ) 将硬盘分区时会划分出目录块、 inode Table 区块和 data block 数据区域。 一个文件由一个目录项、 inode 和数据区域块组成。 Inode 包含文件的属性 ( 如读写属性、 owner 等，以及指向数据块的指针 ) ，数据区域块则是文件内容。 当查看某个文件时，会先从 inode table 中查出文件属性及数据存放点，再从数据块中读取数据。

站在 2w 英尺视图,文件存储结构大概如下：

图3：文件存储结构2w英尺视图

其中目录项的结构如下 ( 每个文件的目录项存储在改文件所属目录的文件内容里 ) ：

 图4：目录项结构 

其中文件的 inode 结构如下（ inode 里所包含的文件信息可以通过 stat filename 查看得到）：

图5：inode结构

以上只反映大体的结构， linux 文件系统本身在不断发展。但是以上概念基本是不变的。且如 ext2 、 ext3 、 ext4 文件系统也存在很大差别，如果要了解可以查看专门的文件系统介绍。
5. 软连接、硬链接
软链接和硬链接是我们常见的两种概念：
硬连接 ：是给文件一个副本，同时建立两者之间的连接关系。修改其中一个，与其连接的文件同时被修改。如果删除其中 [color=red] 任意一个 [/color] 其余的文件将不受影响。
软连接 : 也叫符号连接 , 他只是对源文件在新的位置建立一个“快捷（借用一下 wondows 常用词）”，所以，当源文件删除时，符号连接的文件将成为无源之水 -> 仅仅剩下个文件名了，当然删除这个连接，也不会影响到源文件，但对连接文件的使用、引用都是直接调用源文件的。
具体关系可以看下图：

图5：软链接和硬链接

从图上可以看出硬链接和软链接的区别：
1 ：硬链接原文件和新文件的 inode 编号一致。而软链接不一样。
2 ：对原文件删除，会导致软链接不可用，而硬链接不受影响。
3 ：对原文件的修改，软、硬链接文件内容也一样的修改，因为都是指向同一个文件内容的。

6. 文件目录管理命令
磁盘和文件空间
fdisk df du
文件目录与管理
cd pwd mkdir rmdir ls cp rm mv
查看文件内容
cat:
cat [file]
查看文件的内容。全程式concatenate的意思，将文件内容连续输出到屏幕上。第一行到最后一行显示。
tac:
tac [file]
和cat刚好相反 是从最后一行到第一行的方式查看。
cat有个比较不好的地方时当文件比较大时候没办法看清楚，这个时候可以用more或者Less命令。
more:
more [file]
如果使用grep或者find等命令时，可以配合使用more一页一页的查看。如果看到一半想退出，则敲入’q’即可退出。
less:
less [file]
less比more更有弹性，可以上下翻页。
如果只想读取文件的头几行或者文件的末尾几行，可以用head或tail.
head –n [file]：读取文件的前n行。
tail –n [file]：读取文件末尾n行。
以上命令都是用于查看字符文件，二进制文件出来的都是乱码，要看二进制文件的内容，可以用od命令,如查看一个MP3文件里面的内容:
od shijiemori.mp3
文件目录与权限
chmod chown chgrp umask
文件查找
which:
which [filename]
该命令用于查询通过PATH路径到该路径内查找可执行文件。
如：Which passwd:查找可执行文件passwd
whereis:
whereis [-bmsu] [keyword]
该命令用于把相关字的文件和目录都列出来。(Linux 会将文件都记录在一个文件数据库里面，该命令式从数据库去查询，所以速度比较快,Linux每天会更新该数据库)
locate:
locate [filename]
该命令用于把相关字的文件和目录都列出来。查找数据特别快，也是通过数据库方式来查询。但是数据库一周更新一次，所以可能有些存在数据查不到。可以去修改配置文件。
find:
find [path] [参数] [keyword]
该命令用于在指定路径下查找文件。不是通过数据来查询，所以速度会比较慢。   
7. 常见目录解释
Linux 各种发行版的目录结构基本一致，各个目录简单介绍如下：

目录
描述
/
根目录

/bin
做为基础系统所需要的最基础的命令就是放在这里。比如 ls 、 cp 、 mkdir 等命令；功能和 /usr/bin 类似，这个目录中的文件都是可执行的，普通用户都可以使用的命令。
/boot
Linux 的内核及引导系统程序所需要的文件，比如 vmlinuz initrd.img 文件都位于这个目录中。在一般情况下， GRUB 或 LILO 系统引导管理器也位于这个目录；启动装载文件存放位置，如 kernels,initrd,grub 。 一般是一个独立的分区 。
/dev
一些必要的设备 , 声卡、磁盘等。还 有如 /dev/null. /dev/console /dev/zero /dev/full 等 。
/etc
系统的配置文件存放地 . 一些服务器的配置文件也在这里；比如用户帐号及密码配置文件；
/etc/opt: /opt 对应的配置文件
/etc/X11:Xwindows 系统配置文件
/etc/xml:XML 配置文件
……
/home
用户工作目录，和个人配置文件，如个人环境变量等，所有的账号分配一个工作目录。一般是一个独立的分区。
/lib
库文件存放地。bin 和sbin 需要的库文件。类似windows 的DLL 。
/media
可拆卸的媒介挂载点，如CD-ROMs 、移动硬盘、U 盘，系统默认会挂载到这里来
/mnt
临时挂载文件系统。这个目录一般是用于存放挂载储存设备的挂载目录的，比如有cdrom 等目录。可以参看/etc/fstab 的定义。
/opt
可选的应用程序包。
/proc
操作系统运行时，进程（正在运行中的程序）信息及内核信息（比如cpu 、硬盘分区、内存信息等）存放在这里。/proc 目录伪装的文件系统proc 的挂载目录，proc 并不是真正的文件系统，它的定义可以参见 /etc/fstab 。
/root
Root 用户的工作目录
/sbin
和bin 类似，是一些可执行文件，不过不是所有用户都需要的，一般是系统管理所需要使用得到的。
/tmp
系统的临时文件，一般系统重启不会被保存。
/usr
包含了系统用户工具和程序。
/usr/bin ：非必须的普通用户可执行命令
/usr/include ：标准头文件
  /usr/lib:/usr/bin/ 和 /usr/sbin/ 的库文件
  /usr/sbin: 非必须的可执行文件
/usr/src: 内核源码
/usr/X11R6:X Window System, Version 11, Release 6.
/srv
该目录存放一些服务启动之后需要提取的数据