Linux 文件与目录

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：

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：

接着我们来了解一下什么是绝对路径和相对路径：

• 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」）

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：

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：

 

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：

接着使用「操作符式」来修改权限的例子：

最后使用「数字形式」来修改权限的例子：

 

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-）。

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

 

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 命令是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；
• -h，以 human readable format (e.g., 1K 234M 2G) 显示；

下面我们加上参数 -h，以类似 1.7k 或是 37M 的方式来显示文件大小：

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：

 

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：

 

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：

 

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：

 

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 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：

 

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：

使用 -s 参数可以查看某个目录占空间的总和（s 表示总和）：

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

 

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：

 

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：

同样，如果我们想要让 Python 命令指向 Python 的某个版本，也可以通过建立软链接的方式来实现。例如我们让 Python -> Python3.8（这个是在 /usr/bin/ 目录下）：

 

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）：

 

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