Linux文件系统简介

一、Linux文件系统简介

任何一个操作系统中，文件管理是其基本功能之一，而文件的管理是由文件系统来完成的。 文件系统主要用于组织和管理计算机存储设备上的大量文件， 并提供用户交互接口。

数据在硬盘上是二进制的，文件系统可以将这些二进制数据还原为相应文件形式，并实现数据的查询和存储等。 存储数据的物理设备有硬盘、U盘、SD卡、Flash、网络存储设备等。 不同的存储设备有不同的物理结构，因此就需要不同的文件系统去管理，比如管理Nand Flash使用Yaffs文件系统，管理硬盘/SD卡使用ext文件系统等。

Linux支持的文件系统格式很多，主要分为以下几类：

• 磁盘文件系统：指本地主机中实际可以访问到的文件系统，包括硬盘、CD-ROM、DVD、USB存储器、磁盘阵列等。 常见格式有：Ext2、Ext3、Ext4、JFS、NTFS、UFS、FAT、FAT16、FAT32等
• 网络文件系统：是可以远程访问的文件系统，在服务器端仍是本地磁盘文件系统，客户机通过网络远程访问数据。 常见格式有：NFS、Samba等
• 专有/虚拟文件系统：不驻留在磁盘上的文件系统。 常见格式有：TMPFS、PROCFS等

二、Linux磁盘文件系统

接下来主要介绍磁盘文件系统。 目前Ext4(Extended File sytem，扩展文件系统)是广泛使用的一种磁盘文件系统格式。 是在Ext3基础上发展起来的，对有效性保护、数据完整性、数据访问速度、向下兼容性等方面做了改进，其特点是日志文件系统：可将整个磁盘的写入动作完整地记录在磁盘的某个区域上，以便在必要时回溯追踪。

磁盘是一种计算机的外部存储器设备，由一个或多个覆盖有磁性材料的铝制或玻璃制的碟片组成，用来存储用户的信息，这种信息可以反复地被读取和改写，主要分为以下几类：

• IDE磁盘：价格低廉，兼容性强，性价比高，但是数据传输慢，不支持热插拔等
• SCSI磁盘：传输速率高，读写性能好，运行稳定，可连接多个设备，支持热插拔，占用CPU低，但是价格相对较贵，一般用于工作站或服务器上
• SATA磁盘：结构简单、支持热插拔

Linux中硬盘以及分区等设备均表示为文件，其命名规则如下：

• IDE磁盘的文件名为：/dev/hdxx
• SCSI/SATA/USB磁盘文件名为：/dev/sdxx

下面是一些具体的命名实例：

/dev/hda      #表示第一个IDE硬盘
/dev/hda1     #表示第一块IDE硬盘的第一个主分区
/dev/hda2     #表示第一块IDE硬盘的扩展分区（或第二个主分区）
/dev/hda5     #表示第一块IDE硬盘的第一个逻辑分区
/dev/hda8     #表示第一块IDE硬盘的第四个逻辑分区
/dev/hdb      #表示第二个IDE硬盘
/dev/sda      #表示第一个SCSI硬盘
/dev/sda1     #表示第一个SCSI硬盘的第一个主分区
/dev/sdd3     #表示第四个SCSI硬盘的第三个主分区

为了便于管理和使用，通常会对磁盘进行分区：

• 主分区：必须要存在的分区，最多能创建4个，最少1个，编号只能是1~4，可以直接格式化，然后安装系统，直接存放文件
• 扩展分区：会占用主分区位置，即主分区+扩展分区之和最多4个。 相当于独立的磁盘，有独立的分区表，但不能独立的存放数据
• 逻辑分区：扩展分区不能直接存放数据，必须经过再次分割，成为逻辑分区后才能存放数据。 一个扩展分区中的逻辑分区可以有任意多个，编号只能从5开始

下图中的分区方案为：2个主分区 + 1个扩展分区，其中扩展分区又分割出了2个逻辑分区

交换分区(swap)：安装系统时建立的，一块特殊的硬盘空间，当实际内存不够用时，操作系统会从内存中取出部分暂时不用的数据，放在swap中，为当前程序腾出足够的内存空间。 swap不会使用到目录树的挂载，无需指定挂载点(即cd无法进入)。

三、Linux文件系统结构

Linux采用载入/挂载的方式将分区与目录联系起来，通过访问目录就可以访问分区的存储空间。 挂载点就是硬盘分区挂载到文件系统的某目录后，该目录就是相应分区的挂载点。

在挂载点创建的文件，实际上是存储到硬盘的分区上，通过挂载点可以访问分区上的文件，若将硬盘分区与目录的挂载关系删除，分区上的文件不会被删除，只是原挂载点不能访问到分区上的文件。

除了swap分区外，其他分区都是在根分区(/)目录上操作的。 Linux文件系统是一个树形的分层组织结构，根作为整个文件系统的惟一起点，其他所有目录都从该点出发，如下图：

由于Linux是完全开源的软件，因此众多Linux发行版本的目录结构不尽相同。 为了规范文件目录命名和存放标准，颁发了文件层次结构标准(FHS)，Ubuntu系统也遵循该标准。

四、文件系统与磁盘管理相关命令

文件系统与磁盘管理相关命令非常多，下面仅对几个较常用的命令做简单介绍

df命令：disk free，用于列出文件系统的整体磁盘使用量，命令的格式为：

df [-a -h -i -k -H -T -m] [目录或文件名]

不加参数使用时，默认会将系统内所有的(特殊内存与swap除外)都以Kbytes容量列出来。 常用的选项如下示：

• -a：列出所有的文件系统
• -k：以KBytes容量显示各文件系统
• -m：以MBytes容量显示各文件系统
• -h：以GBytes,MBytes,KBytes等格式自行显示
• -H：以M=1000K取代M=1024K的进位方式
• -T：显示出文件系统类型
• -i：不用硬盘容量，而以inode数量来显示

du命令：disk used，用于查看文件和目录磁盘使用空间的，命令的格式为：

du [-a -h -s -k -m] 文件或目录名称

不加参数使用时，默认会分析当前所在目录里的子目录所占用的硬盘空间。 常用的选项如下示：

• -a：列出所有的文件与目录容量
• -h：以人们较易读的容量格式 (G/M) 显示
• -s：列出总量，而不是单个目录占用容量
• -S：不包括子目录下的总计
• -k：以KB列出容量显示
• -m：以MB列出容量显示

fdisk命令：磁盘分区表操作工具，命令的格式为：

fdisk [-l] 装置名称

常用的选项如下示：

• -l：输出装置名称里所有的分区内容，若为空，则会搜寻系统里所有装置的分区并列出来

file命令：用于辨识文件类型，命令的格式为：

file [-b -c -L -v -z][-f <名称文件>][文件或目录...]

常用的选项如下示：

• -b：列出辨识结果时，不显示文件名称
• -c：详细显示指令执行过程，便于排错或分析程序执行的情形
• -f <名称文件>：指定名称文件
• -L：直接显示符号连接所指向的文件的类别
• -v：显示版本信息
• -z：尝试去解读压缩文件的内容
• [文件或目录...] ：要确定类型的文件列表，多个文件之间使用空格分开

mkdir命令：make directory的缩写，用于创建目录，命令的格式为：

mkdir [-p] dirName

常用的选项如下示：

• -p：确保目录名称存在，不存在的就建一个

ln命令：link files，为某一个文件在另外一个位置建立一个同步的链接。 命令的格式为：

ln [参数][源文件或目录][目标文件或目录]

常用的选项如下示：

• -b：删除，覆盖以前建立的链接
• -d：允许超级用户制作目录的硬链接
• -f：强制执行
• -i：交互模式，文件存在则提示用户是否覆盖
• -n：把符号链接视为一般目录
• -s：软链接(符号链接)
• -v：显示详细的处理过程
• --help 显示帮助信息
• --version 显示版本信息