Linux 文件与目录

王 茂南 2021年10月18日07:50:53
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摘要本文会从全局来了解 Linux 文件系统,主要介绍了 Linux 的目录结构、文件存储、文件类型和属性、以及常用的文件基本操作。具体来说有以下的内容,Linux 文件系统介绍,Linux 目录结构,相对路径与绝对路径,Linux 中的文件树(不同目录的含义),Linux 文件属性,Linux 文件类型,Linux 的文件权限,Linux 修改文件「所属者」和「所属组」,Linux 文件操作等。

简介

这一小节会从全局来了解 Linux 文件系统,主要介绍了 Linux 的目录结构文件存储文件类型和属性、以及常用的文件基本操作。具体来说主要分为以下的几个点:

  • Linux 文件系统介绍
  • Linux 目录结构
    • 相对路径与绝对路径
    • Linux 中的文件树(不同目录的含义)
  • Linux 文件属性
    • Linux 文件类型
    • Linux 的文件权限
    • Linux 修改文件「所属者」和「所属组」
  • Linux 文件操作

本文的大部分内容根据实验楼课程,「楼+ 之运维进阶实战」进行改编。改变了一些顺序,和重新进行实验截图。

 

Linux 文件系统介绍

Linux 文件系统作为一个系统不仅包含了「文件中的数据」,还包含了「文件系统的结构」。文件系统中的文件是数据的一个集合,所有 Linux 用户和程序看到的 文件目录软连接 及 文件保护信息 等都存储在其中。

Linux 主要采用的是树形结构,与 windows 不同(每个分区都是一棵文件树,根节点为盘符),它是单一的一棵树,无论有多少分区,都包含在以 / 为根节点的树结构上。其中分区是物理上的区分,目录则是逻辑上的区分。Linux 中每个分区(物理上)都要挂载到目录树中一个具体的目录下才能访问,其中根目录必须挂载一个分区。 对于挂载就是 Linux 文件系统与一个存储设备关联起来的过程(后面会着重介绍)。 因为 Linux 是一个多用户系统,一个规范的目录有助于对系统文件和不同的用户文件进行统一管理。

 

Linux 目录结构

绝对路径与相对路径

上面我们介绍到 Linux 的目录结构是树状结构,最顶级的目录为根目录 /。而其他目录可以通过挂载将它们添加到树中,通过解除挂载移除。在开始之前,首先来了解一下 Linux 实验环境操作中常见的操作:

  • 通过 cd 命令来切换路径;
  • . 表示当前目录,.. 表示上一级目录;
  • - 表示上一次所在目录;
  •  通常表示当前用户的 home 目录;
  • 使用 pwd 命令可以获取当前所在路径(绝对路径);

下面来看一下实际运行的例子。第一个例子是进入当前用户主目录,并使用 pwd 命令获取当前路径:

Linux 文件与目录

第二个例子是使用 cd - 返回上一次所在目录。本来是在「用户的 home 目录」,我们进入「ray_results 文件夹」,接着使用 cd - 返回上一次所在目录:

Linux 文件与目录

接着我们来了解一下什么是绝对路径相对路径:

  • 绝对路径:在 Linux 中,绝对路径是从 /(也被称为根目录)开始的完整路径,比如:/home/wmn7 等。
  • 相对路径:相对路径是以 . 或 .. 开始的,表示从用户当前操作所处的位置开始算起;
    • .. 表示上级目录;
    • . 表示用户当前所处的目录;

 

Linux 中的文件树

Linux 的目录结构采用的是树型结构。最上层是根目录,其他的所有目录都是从根目录出发而生成的。微软的 DOS 和 windows 也是采用树型结构,但是在 DOS 和 windows 中这样的树型结构的根是磁盘分区的盘符,有几个分区就有几个树型结构,他们之间的关系是并列的。

但是在 linux 中,无论操作系统管理几个磁盘分区,这样的目录树只有一个。从结构上讲,各个磁盘分区上的树型目录不一定是并列的。

在 Linux 的目录结构中,用户的主目录通常是保存在一个单独的文件系统上,然后挂载到根目录下的一个目录。而像这样的文件系统布局都是遵守了文件系统层次结构标准(FHS,Filesystem Hierarchy Standard)。FHS 定义了系统中每个区域的用途、所需要的最小构成的文件和目录同时还给出了例外处理与矛盾处理。

FHS 标准定义了两层规范:

  • 第一层是: / 下面的各个目录应该放什么文件数据,例如 /etc 应放置配置文件,/bin 与 /sbin 则应该放置可执行文件等。
  • 第二层是:针对 /usr 和 /var 这两个目录的子目录来定义。例如 /var/log 放置系统登录文件,/usr/share 放置共享数据等等。

FHS 的目录主要有以下的几个:

  • bin : 一般用户使用,启动时用到的命令
  • sbin : root用户执行的命令,如系统更新,备份,还原,开机
  • boot : grub-开机设置文件 / vmlinuz-内核文件
  • etc : 包含系统特有的可编辑配置文件,控制程序运行的本地文件
  • lib : 存放程序的动态库和模块文件
  • mnt : 用于挂载其他临时文件系统
  • opt : 发行版一些附加的软件包
  • srv : 存放服务进程的数据文件和一些执行脚本
  • usr : 第二层次-用于存储用户数据,包含本地大多数用户工具
  • dev : 包含Linux的外部设备 => /dev/null=>空设备(丢弃一些写入的设备,但是会返回写入成功)

下图是 FHS 的标准图(原图来自 「楼+ 之运维进阶实战」)

Linux 文件与目录

除了上面从概念上理解「文件树」,我们还可以通过命令来直观的体会一下(通过 tree 只显示一个层级的内容),最终结果如下所示:

Linux 文件与目录

 

Linux 文件属性

我们可以使用命令 ls -l 来查看文件的详细信息。如下面我们查看用户目录下的文件:

Linux 文件与目录

对于上面的每一行,从左到右依次表示:文件类型和权限、硬链接数、所有者、所属组、文件大小、最后修改时间、文件名。 下面我们着重来看一下「文件类型和权限」,也就是类似「drwxr-xr-x」。

Linux 文件类型

我们看一下「文件类型和权限」中的第一个字符,例如「drwxr-xr-x」中的第一个字符「d」。这个字符代表这个文件的类型,文件类型一共有 7 种:

  1. 普通文件 -文本文件、数据文件、可执行程序等等都可作为普通文件存储。
  2. 目录 d目录中按照名字来对其他文件进行引用,用户通过 mkdir 创建目录,用 rmdir 来删除空目录,用 rm -r 来删除非空目录。
  3. 字符设备文件 c字符设备文件让相关的驱动程序作为输入输出的缓冲。
  4. 块设备文件 b块设备文件有处理块数据的 I/O 的驱动程序使用,同时让内核提供缓冲。
  5. 本地域套接口 s实现进程间通信的连接,本地域套接口由系统调用 socket 创建,用 rm 或 unlink 删除。
  6. 有名管道(FIFO)p让运行在同一主机上的两个进程相互通信,和 socket 相似,用 mknod 创建,用 rm 来删除。
  7. 符号链接 l也叫做 软链接,通过名字指向文件。用 ln -s 创建,用 rm 来删除。

 

Linux 中的文件权限

接着了解一下「文件类型和权限」中的后面 9 个字符。例如「drwxr-xr-x」中的后面 9 个字符「rwxr-xr-x」。这些字符以三个为一组,且均为 rwx 的三个参数的组合,代表了 Linux 的读、写、执行三种权限控制。r 代表可读(read)、w 代表可写(write)、x 代表可执行(execute),要注意的是,这三个权限的位置不会改变,如果没有权限,就会出现减号 -。) 其中三位一组分别是所有者的权限(U,即 user)、所属组的权限(G,即 group)、其他用户的权限(O,即 other)。

权限编码

一共有三种权限,分别是 r,w 和 x,他们分别表示如下的含义:

  • r(可读),查看文件内容/查看目录下的文件或目录名称
  • w(可写),修改文件内容/在目录下增删改
  • x(可执行),执行一些程序或脚本/可以用命令切换目录

于是一共有 8 种不同的权限组合,他们的八进制表示如下表所示:

Linux 文件与目录

 

改变文件或目录权限-chmod

我们通过 chmod 来修改文件或者目录的权限。例如我们新建一个 install.sh 文件,然后使用 chmod 命令的三种不同形式来修改文件的所属权。首先我们新建 install.sh 文件并查看权限:

$ touch install.sh
$ ls -l
-rw-r--r-- 1 wmn7 wmn7    0 Sep 29 13:07 install.sh

一共有 3 种方式来进行权限的修改,分别是:

  • 使用「字符串式」来修改权限;
    • 在 chmod 命令参数中,u 代表所有者,g 代表所属组,o 代表其他用户,a 代表所有人。
    • 例如利用 sudo chmod u=rwx,g=rwx,o=rwx install.sh 修改权限;
  • 使用「操作符式」来修改权限;
    • 操作符形式是在字符形式的基础上来对文件或目录使用 +/- 操作符来设置权限。 通过 + 符号增加相应的权限,- 符号减去相应的权限。
    • 例如想要增加 user 的「执行」权限,可以使用 chmod u+x install.sh
  • 使用「数字形式」来修改权限;
    • 上面我们讲到了各种权限组合的「八进制」和「二进制」,我们也可以使用「数字形式」来进行设置权限;
    • 例如我们希望将 user 设置为「x」,group 设置为「wx」,other 设置为「rwx」,那么就可以使用 chmod 137 install.sh

下面是上面 chmod 修改权限的 3 种方式。首先是使用「字符串式」来修改权限

Linux 文件与目录

接着使用「操作符式」来修改权限的例子:

Linux 文件与目录

最后使用「数字形式」来修改权限的例子:

Linux 文件与目录

 

默认权限-umask

在用户创建一个文件的时候,会有一个默认的权限。umask 就是用来设置用户创建文件时候的默认权限。我们直接在终端输入 umask 可以查看到现在的默认权限,也可以通过 umask 002 这样的形式进行设置(其中 002 这里每一个数字表示一种组合,例如 2 表示 -w-)。

Linux 文件与目录

这里的 umask 是权限的补码。假设现在 umask 是 022:

  • 文件最大的权限是 rwx rwx rwx(777)
  • umask 此时为 022,也就是 --- -w- -w-,新建文件的权限就是 umask 与 777 做异或运算;
    • 异或运算及,如果 a、b 两个值不相同,结果为 1。如果 a、b 两个值相同,结果为 0;
    • 所以 111^000 = 111(对应 rwx),111^010 = 101(对应 r-x)
  • 那么目录的权限为 rwx r-x r-x
  • 文件的权限为 rw- r-- r--(文件创建时不能具有执行权限,因此去掉执行权限);

 

改变归属关系-chown

使用 chown 用来修改文件的所属者,下面的例子中,我们将所属者从「wmn7」修改为「root」:

sudo chown root install.sh

Linux 文件与目录

 

改变归属组-chgrp

上面我们修改了文件的「所属者」,我们还可以进一步修改文件的「所属组」。下面的例子中我们将文件的「所属组」从「wmn7」修改为「root」:

sudo chgrp root install.sh

Linux 文件与目录

 

Linux 文件操作

这里会介绍一些常用的文件操作的命令,例如查看文件、操作文件与链接文件。

Linux 查看文件命令

ls 命令

ls 命令用来显示当前目录下的文件信息。当在带参数的情况下,他就能用来查看文件权限或者其他更为详细的信息。有以下两个常见的参数:

  • -l,显示文档的详细信息(包括文件的类型和权限、硬链接数、所有者、所属组、文件大小、最后修改时间和文件名
  • -a,显示所有文件,包括隐藏文件和目录;

Linux 文件与目录

 

cat 命令

cat 命令可以用来查看文件的内容。参数 -n 表示显示行数:

Linux 文件与目录

 

tac 命令

tac 正好与 cat 命令相反,将文件按照「倒叙」进行显示。还是上面的 2.txt 文件:

Linux 文件与目录

 

more 与 less 命令

这两个命令都是分页查看文件内容,通过空格键查看下一页,q 键退出。不过 less 还可以通过方向键来上下回翻。不过和前面的 cat 相比这两个命令更像是一个用来阅读文件内容的。

例如下面的例子,使用 less 来查看文件,并通过「上下方向键」来来回翻页:

Linux 文件与目录

 

head 与 tail 命令

head 用于显示文件开头的内容,而 tail 用于显示文件末尾的内容。两者默认均显示 10 行的内容。我们可以通过 -n 这个参数进行调整。使用 -v 显示文件名信息。

例如下面的例子,我们查看文件开头的 3 行和末尾的 3 行,同时显示文件名信息

Linux 文件与目录

 

grep 命令

grep 命令可以查看「关键词」来打印出匹配的行,-n 参数用来显示行号。例如我们在文件 2.txt 中过滤出包含数字 2 的行:

Linux 文件与目录

 

Linux 操作文件命令

touch 命令

touch 命令可以用来创建空白文件,也可以用于改变现有文件的时间戳。在下面的例子中,我们使用 touch 改变 2.txt 的创建时间,同时文件内容是不发生变化的:

Linux 文件与目录

 

mkdir 命令

mkdir 命令可以创建一个空目录,可以使用 -p 参数创建多级目录:

mkdir -p 22/222 # 创建多级目录

 

cp 命令

cp 命令用于文件或是目录的复制。在复制目录的时候,需要加上 -r 这个参数,表示递归复制。下面的例子是复制文件夹 2 和文件夹中的内容:

cp -r ./2 ./2_copy # 递归将文件夹 2 复制到当前位置,且改名为 2_copy

 

rm 命令

rm 命令用于删除文件或是删除文件夹。rm 命令有两个常用的参数:

  • -f,强制删除;
  • -r,递归删除,删除目录和目录下的文件;

我们删除上面复制的 2_copy 文件夹和其中的内容:

rm -rf 2_copy

 

mv 命令

mv 用来移动文件或是目录。也可以用来对文件重命名:

mv file.txt ./doc # 将 file.txt 移动到 doc 文件夹中
mv file1 file2 # 对文件进行重命名

 

du 命令

du 命令用于计算文件或是目录的容量。直接使用「du + 目录」会直接显示目录中每一个文件所占用的容量:

Linux 文件与目录

使用 -s 参数可以查看某个目录占空间的总和(s 表示总和):

Linux 文件与目录

也可以加上参数 -h,使得 size 以 human readable format (e.g., 1K 234M 2G) 显示:

Linux 文件与目录

 

stat 命令

stat 用于查看文件或是目录的状态,例如我们查看「目录 1」的状态:

Linux 文件与目录

 

链接文件

在 Linux 中链接文件可以分为「软链接」和「硬链接」两种。他们的创建方式分别是:

  • 软链接(符号链接) :ln -s source target,source 是我们链接的目标,target 会创建一个文件
  • 硬链接 (实体链接):ln source target

软链接

软链接文件有类似于 Windows 的快捷方式。它实际上是一个特殊的文件。在符号连接中,文件实际上是一个文本文件,其中包含的有另一文件的位置信息。

下面举一个例子。我们创建一个「软链接」,指向「./2/2.txt」这个文件:

ln -s ./2/2.txt 2_folder

运行结果如下所示,可以看到会有一个软链接文件 2_folder,查看 2_folder 就可以查看 2.txt 的内容:

Linux 文件与目录

 

硬链接

硬连接指通过索引节点来进行连接。在 Linux 的文件系统中,保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号,称为索引节点号(Inode)。在 Linux 中,多个文件名指向同一索引节点是存在的。一般这种连接就是硬连接。

下面我们对 readme.md 文件创建一个「硬链接」,并查看他的节点信息:

ln readme.md read
ls -li # 参数 -i 显示文件节点信息

最终结果如下图所示,可以看到他们的 Inode 是一样的(我们也可以使用 stat 来查看两个文件的 Inode 是否是一样的):

Linux 文件与目录

 

软链接与硬链接的区别

  • 软链接的限制
    • 因为链接文件包含有原文件的路径信息,所以当原文件从一个目录下移到其他目录中,再访问链接文件,系统就找不到了,而硬链接就没有这个缺陷。
  • 硬链接的限制
    • 不允许给目录创建硬链接
    • 只有在同一文件系统中的文件之间才能创建链接,而且只有超级用户才有建立硬链接权限

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王 茂南
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