本文简要介绍一下Linux的文件存储系统，inode，文件目录结构等内容。

Linux最基础的设计理念之一就是 一切对象皆文件。所有的目录、文件、命令、设备等，在Linux看来都是文件，这些文件被拆分为若干的基本存储单元，存放在磁盘的不同物理地址上，并具有特定的读写执行权限。

文件类型

在终端输入ls -al命令可以查看当前目录内的所有文件的详细信息。其中，第一个字母是文件类型，常见的文件类型如下：

• -：普通文件，也就是纯粹的文本文件。

• d：目录(Directory)文件。操作系统会用处理目录文件的方式处理这类文件，而非直接把纯粹的文本展现出来。

• l：软链接(Link)文件，相当于Windows系统下的链接文件。

  例如有个可执行文件test，那么可以使用ln -s test test.s来生成链接至test的软链接文件test.s。执行test.s就是在执行test。

• b：块设备(Block)文件，就是存储数据的设备，简单来说就是硬盘。

• c：字符设备(Character)文件，主要有鼠标、键盘、显示器、打字机等。因为这些设备是以字符的方式进行数据传输的，所以叫做字符设备文件。

• p：管道(Pipe)文件，用于进程间通信。

• s：套接字(Socket)文件，用于网络通信。

文件系统

文件是依靠文件系统来管理的，常见的文件系统有Ext2，Ext3，Ext4，JFS2，XFS等。

文件存储相关概念

磁盘

就是用来存储数据的硬盘，是长期存储数据的硬件。

分区

可以被当做独立空间使用的物理磁盘的一部分，这是 软件层面 上的概念，操作系统是可以设置的。

磁盘的分区可以分为 主分区 和 扩展分区 两种：

• 主分区：在分区后就可以被马上使用，例如Windows的C盘。
• 扩展分区：要继续划分才能使用，继续划分出来的就叫做逻辑分区。在Windows中，扩展分区可以被继续划分为D、E盘等，这些盘被称为逻辑分区。

为什么要分区，分区有诸多好处：

1. 有利于管理：
   1. 操作系统系统一般单独放一个区（主分区），这个区由于只放操作系统相关文件，产生的磁盘碎片较少，系统也就比较稳定。
   2. 软件放一个区，软件的升级、安装与卸载会产生磁盘碎片。单独将软件放一个分区有利于管理软件，也易于整理磁盘碎片。
   3. 多媒体相关内容/设备最好再放一个区，这些设备对硬件都会有一些损坏，即使程度很低。
2. 多个分区会相对更安全一点，即使一个分区发生损坏，其他分区也不会受到较大的影响。

对于Linux系统，它的分区是隐藏的，只有一个根目录/。这是因为Linux的目录其实是分区的 逻辑映射，每个分区可以作为一个目录载入到Linux的文件系统中，根目录也是一个分区的映射。

可以使用df命令查看分区情况：

zeroize@client:~/Desktop$ df 
Filesystem     1K-blocks     Used Available Use% Mounted on
tmpfs             396356     1968    394388   1% /run
/dev/sda3       40453376 13917156  24449104  37% /
tmpfs            1981768        0   1981768   0% /dev/shm
tmpfs               5120        4      5116   1% /run/lock
/dev/sda2         524252     6220    518032   2% /boot/efi
tmpfs             396352       96    396256   1% /run/user/1000

一般来说分区有/boot，/home，/var/log，swap等，至少要有/和swap分区。对于swap分区，当内存不够时，可以将部分数据存放在swap分区中。

如果需要操作分区，可以使用fdisk命令。例如可以用fdisk -l列出所有分区的情况：

zeroize@client:~/Desktop$ sudo fdisk -l
Disk /dev/loop0: 4 KiB, 4096 bytes, 8 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
......

硬件设备

在上面发现多个/dev/*的文件名，这些都是硬件设备：

• IDE硬盘：/dev/hd[a-d]。例如第一个IDE设备是hda，它可以分区为hda1, hda2等。
• SCSI/SATA/USB硬盘：/dev/sd[a-p]。
• 光驱：/dev/cdrom。
• 软盘：/dev/fd[0-1]。
• 伪设备：/dev/loop[n]。对于虚拟机来说，很多设备都是模拟出来的，所以虚拟机上伪设备很多。

块

块（Block）是文件系统读写，存放数据的最小单元，可以自己设置大小（1kbyte, 2kbyte, 4kbyte）。每个块只能存放一个文件的数据，如果文件大于块的大小，就会用多个块来存储该文件；如果文件小于块的大小，当前块也只能被该文件占用，剩余空间不会被再使用。

块是软件层面的概念，它是文件系统的一个概念，因此可以被设置大小。如果块太大，会导致空间浪费严重；如果块太小，会导致块数量变多，影响效率。

扇区

磁盘控制器每次对磁盘读写的最小单位，一般为512byte。

扇区是硬件层面的概念，扇区大小是硬件厂商设定的，用户无法更改。

inode

是Linux系统的一个非常重要的设计，它 将文件的属性、权限等信息与文件实际数据分开存储。inode用来记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录该文件数据所存储的块。

Linux系统读取文件的过程：操作系统通过文件名称找到对应的inode，再通过inode找到文件真正存储的block。然后磁盘控制器开始读取block对应的扇区，磁盘读取到的数据达到一个block，就传输到内存中。

可以认为inode就是一个文件索引，它具有如下属性：

• 文件的权限：读、写、可执行
• 文件所有者，所属组
• ctime，atime，mtime
• 文件数据存储的位置
• ……

注意，文件的名称不存储在inode中，而是存储在所属的目录文件中。也就是说文件的名称本身就是目录文件的数据，文件的名称正是文件inode的索引。

文件目录结构

LInux的文件系统为倒树状，根目录存放众多目录文件的名称，可以根据这些目录文件的名称打开下一级目录，直至找到我们想要的文件。

常用的目录如下：

• /bin/：存放二进制可执行文件(Binary)，也就是存储普通用户用到的命令。
• /dev/：设备文件(Device)目录，对应硬件的文件就存储在这里。
• /etc/：配置文件目录，但并不是所有配置文件都存放在/etc/中。
• /usr/：存放 各种软件资源(Unix Software Resource) 的目录，不是存放用户信息的目录。
• /home/：各个用户的工作目录。
• /var/：存一些日志。
• /lib/：存一些安装包、头文件、运行库等。
• /proc/：存一些进程相关的信息。

参考资料

• Linux系统编程 - 飘零的落花
• Linux基础课 - Acwing