Linux文件系统

简介

在Linux中一切被操作系统管理的资源，比如网络接口，磁盘驱动，打印机，输入输出设备，普通文件等，都被视为文件，Linux中的一个重要概念就是“一切都是文件”。

inode（索引节点）

inode是Linux/Unix文件系统的基础，它记录的并非是文件的具体数据，它记录的是文件的属性信息，它具备如下特性：

• inode是一种固定大小的数据结构，其大小在文件系统创建时已确定，并且在生命周期内保持不变
• inode访问速度非常快，因为系统可以直接通过inode号码定位到文件的元数据信息，不需要遍历文件系统
• inode的数量是有限的，每个文件系统只能包含固定的inode，这意味着文件系统inode用完后，即使磁盘仍有空间也无法再创建新的文件或者目录

inode与block的区别

block也就是块，硬盘的最小存储单位是扇区，而block是由多个扇区组成的，常见大小为4kb，约8个扇区组成。简而言之我们的文件数据时存储在block中的，它是硬盘的一部分存储空间。

inode则是一个存储文件元信息的空间，比如：某个文件被分成几块，每一块的地址，文件拥有者，创建时间，权限，大小等元信息。

硬链接与软链接

文件链接是一种特殊的文件类型，可以在文件系统中指向另外一个文件，常见的有两种：硬链接和软链接

硬链接

• Linux/Unix系统中，每个文件或者目录都有一个唯一的索引节点inode号，用来标识该文件或目录，硬链接就是通过inode号建立一个链接，硬链接与源文件共享同一个inode号。源文件和硬链接在文件系统中是平等的，删除其中一个对另外一个没有影响，所以为了防止重要文件被误删可以为其建立硬链接
• 只有删除源文件以及所有硬链接之后，该文件才会被真正的删除，inode中有一个变量count，进行引用计数，在引用等于0时才表示完全删除
• 硬链接具有一些限制，不能对目录以及不存在的文件创建硬链接，并且硬链接也不能直接跨越文件系统

# 没有-s选项即是建立硬链接
ln 要链接的文件 链接名

软链接

• 软链接和源文件的inode节点号不同，而是指向一个文件路径，类似于window的快捷方式
• 源文件被删除后，软链接依然存在，只不过指向的是无效的文件路径
• 不同于硬链接，可以对目录或者不存在的文件建立软链接，并且软链接可以跨越文件系统
• 通过ln -s命令用于创建软链接

示例：

# 建立软链接
ln -s 要链接的文件 链接名

# unlink链接文件名，也可以使用rm删除但建议最好是使用unlink解除链接
unlink 链接名

注意：在rm删除被链接的文件后，重新创建一个同名文件可以使链接恢复；

软链接与inode无关，只与文件的文件名有关，绑定的是该路径下的文件名

Linux目录树

常见目录说明：

• /bin： 存放二进制可执行文件(ls、cat、mkdir 等)，常用命令一般都在这里；
• /etc： 存放系统管理和配置文件；
• /home： 存放所有用户文件的根目录，是用户主目录的基点，比如用户 user 的主目录就是/home/user，可以用~user 表示；
• /usr ： 用于存放系统应用程序；
• /opt： 额外安装的可选应用程序包所放置的位置。一般情况下，我们可以把 tomcat 等都安装到这里；
• /proc： 虚拟文件系统目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息；
• /root： 超级用户（系统管理员）的主目录（特权阶级^o^）；
• /sbin: 存放二进制可执行文件，只有 root 才能访问。这里存放的是系统管理员使用的系统级别的管理命令和程序。如 ifconfig 等；
• /dev： 用于存放设备文件；
• /mnt： 系统管理员安装临时文件系统的安装点，系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统；
• /boot： 存放用于系统引导时使用的各种文件；
• /lib 和/lib64 ： 存放着和系统运行相关的库文件 ；
• /tmp： 用于存放各种临时文件，是公用的临时文件存储点；
• /var： 用于存放运行时需要改变数据的文件，也是某些大文件的溢出区，比方说各种服务的日志文件（系统启动日志等。）等；
• /lost+found： 这个目录平时是空的，系统非正常关机而留下“无家可归”的文件（windows 下叫什么.chk）就在这里。

文件描述符

在Linux中，文件描述符是内核为了高效的管理已经被打开的文件所创建的索引 ，它是一个非负整数，用于指代被打开的文件，所有执行I/O操作的系统调用都是通过文件描述符完成的。其有以下特点：

• 每当一个进程打开一个文件、创建一个套接字或进行其他类似的操作时，内核都会为该进程分配一个新的文件描述符。
• 文件描述符是进程级的，不同的进程可以有各自的文件描述符表，互不影响。

在Linux中，进程是通过文件描述符 (file descriptors 简称fd)来访问文件的，文件描述符实际上是一个整数。 在程序刚启动的时候，默认有三个文件描述符，分别是：0 (代表标准输入)，1 (代表标准输出)，2 (代表标准错误)。 我们可以通过open函数得到一个指定文件的文件描述符，如果出现错误则返回-1

open函数如下所示：

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

flag参数如下所示：

• O_RDONLY: 只读模式
• O_WRONLY: 只写模式
• O_RDWR : 读写模式
• O_NONBLOCK: 非阻塞模式
• O_APPEND: 追加模式
• O_CREAT: 创建并打开一个新文件
• O_TRUNC: 打开一个文件并截断它的长度为零（必须有写权限）
• O_EXCL: 如果指定的文件存在，返回错误

open文件流程

1. 当我们打开一个文件时，操作系统会为该进程分配一个文件描述符（file descriptor），并将其存储在该进程的文件描述符表（file descriptor table）中。
2. 操作系统会在打开文件表（open file table）中创建一个新的条目，并将该条目与该文件描述符相关联。
3. 此外，操作系统还会在目录项（directory entry）和索引表（inode table）中查找该文件，并将其加载到内存中。
4. 最后，操作系统会返回该文件描述符给应用程序，以便应用程序可以使用该文件描述符来访问该文件。

32位系统通常只有1024个，64位系统只有2048个，可以通过修改file_size然后重新编译内核去修改，但一般来讲不建议如此操作。

常用命令

目录切换

• cd usr：切换到该目录下 usr 目录
• cd ..（或cd../）：切换到上一层目录
• cd /：切换到系统根目录
• cd ~：切换到用户主目录
• cd -： 切换到上一个操作所在目录

目录操作

• ls

显示目录中的文件和子目录的列表。例如：ls /home，显示 /home 目录下的文件和子目录列表。

• ll

ll 是 ls -l 的别名，ll 命令可以看到该目录下的所有目录和文件的详细信息

• mkdir [选项] 目录名

创建新目录（增）。例如：mkdir -m 755 my_directory，创建一个名为 my_directory 的新目录，并将其权限设置为 755，即所有用户对该目录有读、写和执行的权限。

• find [路径] [表达式]

在指定目录及其子目录中搜索文件或目录（查），非常强大灵活。例如：① 列出当前目录及子目录下所有文件和文件夹: find .；② 在/home目录下查找以 .txt 结尾的文件名:find /home -name "*.txt" ，忽略大小写: find /home -i name "*.txt" ；③ 当前目录及子目录下查找所有以 .txt 和 .pdf 结尾的文件：find . ( -name "*.txt" -o -name "*.pdf" )或find . -name "*.txt" -o -name "*.pdf"。

• pwd

显示当前工作目录的路径。

• rmdir [选项] 目录名

删除空目录（删）。例如：rmdir -p my_directory，删除名为 my_directory 的空目录，并且会递归删除my_directory的空父目录，直到遇到非空目录或根目录。

• rm [选项] 文件或目录名

删除文件/目录（删）。例如：rm -r my_directory，删除名为 my_directory 的目录，-r(recursive,递归) 表示会递归删除指定目录及其所有子目录和文件。

• cp [选项] 源文件/目录 目标文件/目录

复制文件或目录（移）。例如：cp file.txt /home/file.txt，将 file.txt 文件复制到 /home 目录下，并重命名为 file.txt。cp -r source destination，将 source 目录及其下的所有子目录和文件复制到 destination 目录下，并保留源文件的属性和目录结构。

• mv [选项] 源文件/目录 目标文件/目录

移动文件或目录（移），也可以用于重命名文件或目录。例如：mv file.txt /home/file.txt，将 file.txt 文件移动到 /home 目录下，并重命名为 file.txt。mv 与 cp 的结果不同，mv 好像文件“搬家”，文件个数并未增加。而 cp 对文件进行复制，文件个数增加了。

文件权限

Linux的文件权限一般分为读，写，执行，权限对应用户又分为属主用户权限，属组权限和其他用户权限，如下图所示：

Linux 中权限分为以下几种：

• r：代表权限是可读，r 也可以用数字 4 表示
• w：代表权限是可写，w 也可以用数字 2 表示
• x：代表权限是可执行，x 也可以用数字 1 表示

修改权限命令为 chmod，如下示例：

# 修改成读写执行权限，属组权限为读写
chmod u=rwx,g=rw,o=r aaa.txt 

chmod 764 aaa.txt

文件操作

• touch [选项] 文件名..

创建新文件或更新已存在文件（增）。例如：touch file1.txt file2.txt file3.txt ，创建 3 个文件。

• ln [选项] <源文件> <硬链接/软链接文件>

创建硬链接/软链接。例如：ln -s file.txt file_link，创建名为 file_link 的软链接，指向 file.txt 文件。-s 选项代表的就是创建软链接，s 即 symbolic（软链接又名符号链接） 。

• cat/more/less/tail 文件名

文件的查看（查） 。命令 tail -f 文件 可以对某个文件进行动态监控，例如 Tomcat 的日志文件， 会随着程序的运行，日志会变化，可以使用 tail -f catalina-2016-11-11.log 监控 文 件的变化 。

• vim 文件名

修改文件的内容（改）。vim 编辑器是 Linux 中的强大组件，是 vi 编辑器的加强版，vim 编辑器的命令和快捷方式有很多，但此处不一一阐述，大家也无需研究的很透彻，使用 vim 编辑修改文件的方式基本会使用就可以了。在实际开发中，使用 vim 编辑器主要作用就是修改配置文件，下面是一般步骤：vim 文件------>进入文件----->命令模式------>按i进入编辑模式----->编辑文件 ------->按Esc进入底行模式----->输入：wq/q! （输入 wq 代表写入内容并退出，即保存；输入 q!代表强制退出不保存）。

文件压缩

打包并压缩文件

命令tar -zcvf 压缩后文件名 要打包的文件，其中

• z：表示用gzip压缩
• c：打包文件
• v：显示运行过程
• f：指定文件名

示例：

## 将/test目录下文件解压且打包成文件test.tar.gz
tar -zcvf test.tar.gz aaa.txt bbb.txt ccc.txt

tar -zcvf test.tar.gz /test/

解压文件

命令tar -xvf 压缩文件，其中x就表示解压

示例：

tar -xvf test.tar.gz   // 将/test目录下的test.tar.gz解压到当前目录下

Kill命令

杀死一个进程可以使用kill命令

示例：

[kino@hadoop102 bin]$ kill -1 19773 

kill存在很多选项，如下所示：

信号编号	信号名	含义
0	EXIT	程序退出时收到该信息。
1	HUP	挂掉电话线或终端连接的挂起信号，这个信号也会造成某些进程在没有终止的情况下重新初始化。
2	INT	表示结束进程，但并不是强制性的，常用的 “Ctrl+C” 组合键发出就是一个 kill -2 的信号。
3	QUIT	退出。
9	KILL	杀死进程，即强制结束进程。
11	SEGV	段错误。
15	TERM	正常结束进程，是 kill 命令的默认信号。

系统状态

• top[选项]

用于实时查看系统的 CPU 使用率、内存使用率、进程信息等

• htop [选项]

类似于 top，但提供了更加交互式和友好的界面，可让用户交互式操作，支持颜色主题，可横向或纵向滚动浏览进程列表，并支持鼠标操作。

• uptime [选项]

用于查看系统总共运行了多长时间、系统的平均负载等信息。

• vmstat [间隔时间] [重复次数]

vmstat （Virtual Memory Statistics） 的含义为显示虚拟内存状态，但是它可以报告关于进程、内存、I/O 等系统整体运行状态。

• free [选项]

用于查看系统的内存使用情况，包括已用内存、可用内存、缓冲区和缓存等。

• df [选项] [文件系统]

用于查看系统的磁盘空间使用情况，包括磁盘空间的总量、已使用量和可用量等，可以指定文件系统上。例如：df -a，查看全部文件系统。

• du [选项] [文件]

用于查看指定目录或文件的磁盘空间使用情况，可以指定不同的选项来控制输出格式和单位。

• sar [选项] [时间间隔] [重复次数]

用于收集、报告和分析系统的性能统计信息，包括系统的 CPU 使用、内存使用、磁盘 I/O、网络活动等详细信息。它的特点是可以连续对系统取样，获得大量的取样数据。取样数据和分析的结果都可以存入文件，使用它时消耗的系统资源很小。

• ps [选项]

用于查看系统中的进程信息，包括进程的 ID、状态、资源使用情况等。ps -ef/ps -aux：这两个命令都是查看当前系统正在运行进程，两者的区别是展示格式不同。如果想要查看特定的进程可以使用这样的格式：ps aux|grep redis （查看包括 redis 字符串的进程），也可使用 pgrep redis -a。

• systemctl [命令] [服务名称]

用于管理系统的服务和单元，可以查看系统服务的状态、启动、停止、重启等。

top详解

top的使用方式 top [-d number] | top [-bnp]

-d：number代表秒数，表示top命令显示的页面更新一次的间隔。默认是5秒。

-b：以批次的方式执行top。

-n：与-b配合使用，表示需要进行几次top命令的输出结果。

-p：指定特定的pid进程号进行观察。

在top命令显示的页面还可以输入以下按键执行相应的功能（注意大小写区分的）：

• ?：显示在top当中可以输入的命令
• P：以CPU的使用资源排序显示
• M：以内存的使用资源排序显示
• N：以pid排序显示
• T：由进程使用的时间累计排序显示
• k：给某一个pid一个信号。可以用来杀死进程
• r：给某个pid重新定制一个nice值（即优先级）
• q：退出top（用ctrl+c也可以退出top）

执行top 命令后如下所示，分为前5行统计信息和进程信息

进程信息

网络通信

• ping [选项] 目标主机

测试与目标主机的网络连接。

• ifconfig 或 ip

用于查看系统的网络接口信息，包括网络接口的 IP 地址、MAC 地址、状态等。

• netstat [选项]

用于查看系统的网络连接状态和网络统计信息，可以查看当前的网络连接情况、监听端口、网络协议等。

• ss [选项]

比 netstat 更好用，提供了更快速、更详细的网络连接信息。

Linux环境变量

按照作用域来分，环境变量可以简单的分成:

• 用户级别环境变量 : /.bashrc、/.bash_profile。
• 系统级别环境变量 : /etc/bashrc、/etc/environment、/etc/profile、/etc/profile.d。

建议用户级别环境变量在 ~/.bash_profile中配置，系统级别环境变量在 /etc/profile.d 中配置。

按照生命周期来分，环境变量可以简单的分成:

• 永久的：需要用户修改相关的配置文件，变量永久生效。
• 临时的：用户利用 export 命令，在当前终端下声明环境变量，关闭 shell 终端失效。

读取环境变量

通过 export 命令可以输出当前系统定义的所有环境变量。

# 列出当前的环境变量值
export -p

除了 export 命令之外， env 命令也可以列出所有环境变量。

echo 命令可以输出指定环境变量的值。

# 输出当前的PATH环境变量的值
echo $PATH
# 输出当前的HOME环境变量的值
echo $HOME

环境变量修改

通过 export命令可以修改指定的环境变量。不过，这种方式修改环境变量仅仅对当前 shell 终端生效，关闭 shell 终端就会失效。修改完成之后，立即生效。

export CLASSPATH=./JAVA_HOME/lib;$JAVA_HOME/jre/lib

通过 vim 命令修改环境变量配置文件。这种方式修改环境变量永久有效。

vim ~/.bash_profile

如果修改的是系统级别环境变量则对所有用户生效，如果修改的是用户级别环境变量则仅对当前用户生效。

修改完成之后，需要 source 命令让其生效或者关闭 shell 终端重新登录。

source /etc/profile

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