Linux快速入门1一一-文件系统简介

jiezi

5 年前

EXT（Extended File System）
- EXT2：Linux 的第一个设计为一个商业级文件系统，沿用 BSD 的 Berkeley 文件系统的设计原理。提供了 GB 级别的最大文件和 TB 级别的文件系统。但是如果在将数据写入到磁盘的时候，系统发生崩溃或断电，则容易发生灾难性的数据损坏。
- EXT3：使用 32 位内部寻址，引入日志事务解决了 EXT2 数据损坏问题。三个级别的日志记录方式日记 (journal)、顺序(ordered) 和回写(writeback)。
- EXT4：使用 48 位的内部寻址，可以存储最大 16TB 的单一文件，支持最大 1EB 的分区容量。EXT -> EXT2 -> EXT3 -> EXT4
XFS（Extents File System）
它是一个 64 位的日志文件系统，自 2001 年以来内置于 Linux 内核中，为大型文件系统和高度并发性提供了高性能（即大量的进程都会立即写入文件系统）。从 RHEL 7 开始，XFS 成为 Red Hat Enterprise Linux 的默认文件系统。
ZFS（Zettabyte File System）
Sun Microsystems 开发，以 zettabyte 命名 —— 相当于 1 万亿 GB —— 因为它理论上可以解决大型存储系统。
Btrfs（B-Tree Filesystem）
Chris Mason 于 2007 年在 Oracle 任职期间发布。Btrfs 旨在跟 ZFS 有大部分相同的目标，提供多种设备管理、每块校验、异步复制、直列压缩等等。SUSE Enterprise Linux 在 2015 年采用它作为默认文件系统，而 Red Hat 于 2017 年宣布它从 RHEL 7.4 开始不再支持 Btrfs。

        =======================================================
        |            Application                              |    User space
        =======================================================
        |         SCI (System Call Interface)                 |  K
        |-----------------------------------------------------|  e
        |         VFS (Virtual File System)                   |  r
        |-----------------------------------------------------|  n
        |      Ext3 | Ext4 | XFS | ZFS | Btrfs | ...          |  e
        |-----------------------------------------------------|  l
        |         General Block Device Layer                  |  
        |-----------------------------------------------------|    Kernel space
        |           Device Driver                             |
        =======================================================
        |           Physical Disk                             |    Hardware
        =======================================================

清单 2 -1

常见的硬盘类型有 PATA、SATA 以及 AHCI 等。

为文件系统提供统一抽象的硬盘驱动接口，屏蔽不同硬盘驱动带来的 IO 接口的多样性和复杂性。

管理文件的实际系统。常用的如 Ext4 等。

向 SCI 层提供统一抽象的文件系统接口。

为用户程序提供系统调用的接口。

Linux 中，文件 = inode + 数据块

inode：又称文件索引节点，存放文件的元信息
数据块：存放文件内容的区域

有些介绍文件存储结构的文章说

一个文件包含了目录项、inode 和数据块

这个说法是 不准确 的。目录项并不是文件存储结构的组成部分，目录项只是数据块的数据而已。在 Linux 中，目录也是一种文件，即目录文件（文件类型为目录）。对于目录文件而言，其数据块存放的是目录项，即目录下所有的文件名和文件的 inode 编号。

通常我们在使用 ls -al 命令查看目录结构时，返回结果的前两个的目录名分别时 . 和..：

[root@localhost /]# ls -al
total 16
dr-xr-xr-x.  17 root root  224 Aug  7 00:25 .
dr-xr-xr-x.  17 root root  224 Aug  7 00:25 ..

清单 3 -1

清单 3 - 1 种，.指向的是当前目录 inode，..指向的是上一级目录的 inode。

inode 的元信息通常包括：

文件类型（regular file, directory, symbolic link etc.）
文件的字节数
分配给文件的 block 数量
Inode 编号
文件的硬链接数量（详见 5. 文件链接，hard link）
文件的访问权限（详见 4. 文件权限控制）
文件的时间戳（atime：access time, mtime：modify time, ctime：inode change time）
文件数据块的地址数组

使用 state <path> 命令可以查看指定目录或文件的 inode 信息。以 /dev 目录文件为例：

[root@localhost ~]# stat /etc
  File:‘/etc’Size: 8192            Blocks: 24         IO Block: 4096   directory
Device: fd00h/64768d    Inode: 67160161    Links: 79
Access: (0755/drwxr-xr-x)  Uid: (0/    root)   Gid: (0/    root)
Context: system_u:object_r:etc_t:s0
Access: 2019-09-05 23:42:58.818662000 +0800
Modify: 2019-09-05 11:29:26.972884600 +0800
Change: 2019-09-05 11:29:26.972884600 +0800

清单 3 -2

使用 ls -l <path> 命令可以查看到指定 path 下的文件相关的属性信息。以 /bin/ 目录为例：

[root@localhost efrey]# ls -l /bin/
total 68012
-rwxr-xr-x.   1 root root     41544 Oct 31  2018 [
-rwxr-xr-x.   1 root root    107904 Jan 22  2019 a2p
-rwxr-xr-x.   1 root root     52720 Jul 30 01:20 ab
-rwxr-xr-x.   1 root root     29200 Oct 30  2018 addr2line
-rwxr-xr-x.   1 root root        29 Oct 31  2018 alias
lrwxrwxrwx.   1 root root         6 Aug  7 00:22 apropos -> whatis
......
[1]   [2] [3] [4]     [5] [6] [7]

清单 4 -1

清单 4 - 1 的返回信息分为 7 列：
[1]：文件的权限
[2]：文件的 hard link 数量
[3]：文件的拥有者(owner)
[4]：文件的组（group）
[5]：文件的字节数
[6]：文件的 mtime（modify time，文件最后被修改的时间）
[7]：文件名

Linux 文件系统的权限类型有 3 种：

r（Read）
文件的 r 权限意味着可以读取文件的内容；
目录的 r 权限意味着可以读取目录的内容（子目录与文件名清单）。
w（Write）
文件的 w 权限意味着可以修改文件的内容；
目录的 w 权限意味着可以新建子目录、文件，也可以对其子目录、文件名进行修改、删除、移动。
x（eXecute）
文件的 x 权限意味着该文件可以被执行；

目录的 x 权限比较特殊，rw 权限都依赖与 x 权限。如果只为用户分配了某个目录的 rw 权限但是没有 x 权限，该用户仍然无法访问这个目录的。
我们做个验证，首先在登陆用户的 home 目录内新建一个目录 fldr，系统默认的 owner 权限为 rwx。此时将目录 fldr 的 owner 权限修改为 rw，然后再试着访问 fldr：
```
[efrey@localhost ~]$ mkdir fldr
[efrey@localhost ~]$ ls -l
total 0
drwxrwxr-x. 2 efrey efrey 6 Sep  6 22:53 fldr
[efrey@localhost ~]$ touch fldr/test.txt
[efrey@localhost ~]$ ls -l fldr
total 0
-rw-rw-r--. 1 efrey efrey 0 Sep  6 22:54 test.txt
[efrey@localhost ~]$ sudo chmod u=rw,g=rw,o=r fldr
[efrey@localhost ~]$ ls -l fldr
ls: cannot access fldr/test.txt: Permission denied
total 0
-????????? ? ? ? ?            ? test.txt
```
清单 4 -2

从清单 4 - 1 中可以看到第 [1] 栏的文件权限，总共有 10 个字符。以第一行的文件权限 -rwxr-xr-x 为例，这 10 位字符的权限涵义可以划分为 1 +3+3+3 总计 4 个段落(- + rwx + r-x + r-x)：

段落 1：左起第 1 位字符。这 1 个字符代表文件的类型。文件的类型比较常见的有，-表示为普通的文件；d表示是目录；l表示是 symbolic link（soft Link）等。
段落 2：第 2~4 位字符。这 3 个字符代表文件所有者的权限。第 2 位字符表示 r 权限，第 3 位表示 w 权限，第 4 位表示 x 权限。如果权限位字符为 - 则表示没有该权限。
段落 3：第 5~7 位字符。这 3 个字符代表用户组的权限。权限位的字符涵义同上。
段落 4：第 8~10 位字符。这 3 个字符代表其他用户的权限（非所有者和该用户组的用户）。权限位的字符涵义同上。

chmod命令：改变文件的权限设置, 还可以设置 SUID, SGID, SBIT 等特殊性质的权限。

例如为文件 test 设置权限：所有者为 rwx，用户组为 rx，其他用户为 rx，则执行的命令为 chmod u=rwx, g=rx, o=rx test
上面的命令又可以简化为chmod 755 test。即所有者、用户组、其他用户这三组权限分别用一个数值表示。

具体的转换规则如下：每一组权限有 3 个权限位字符，每个字符对应一个八进制的数字：- 第 1 位：r=4, -=0
- 第 2 位：w=2，-=0
- 第 3 位：x=1，-=0
最后将这 3 位的数值相加的和就是这一组权限的数值。例如 `-rwxr-xr-x`，对应的权限值为 `755`。计算过程如下，三组权限分别为：- rwx = 4 + 2 + 1 = 7
- r-x = 4 + 0 + 1 = 5
- r-x = 4 + 0 + 1 = 5

Linux 中文件有两种链接方式：Hard link 和 soft link。

第 3 节我们提到了文件的存储结构，一个文件是由 inode 和数据块两部分组成的。目录下的文件名本质就是指向该文件 inode 的一个 hard link（文件名比 inode 编号更容易记忆和使用），一个文件至少有一个 hard link 文件名。
使用 ln filename newfilename 可以为一个文件创建多个 hard link 文件名。
我们用一个例子来演示，首先创建一个 demo.txt 文件，然后用这个文件创建一个 hard link 文件hdemo.txt，最后查看文件及其 inode 编号：

[root@localhost efrey]# echo 'file link demo' > demo.txt
[root@localhost efrey]# ln demo.txt hdemo.txt
[root@localhost efrey]# ls -il
total 8
110 -rw-r--r--. 2 root root 15 Sep  6 17:05 demo.txt
110 -rw-r--r--. 2 root root 15 Sep  6 17:05 hdemo.txt

从上面的例子可以看到，在当前目录中，demo.txt文件 (inode id = 110) 及其 hard link 文件名都指向同一个 inode 编号。文件的 link 数是 2（第 3 列）
即使原文件被删除，仍然可以通过 hard link 文件访问文件内容。

soft link：

soft link 就是指向某个 path 的一个快捷方式，path 可为目录文件或普通文件。soft link 并不会增加文件的 link 数。一旦原文件名被删除，则 soft link 文件就无法找到文件的 inode。
使用 ln -s filename newfilename 可以创建 soft link。

[root@localhost efrey]# ln -s demo.txt sdemo.txt
[root@localhost efrey]# ls -il
total 8
110 -rw-r--r--. 2 root root 15 Sep  6 17:05 demo.txt
110 -rw-r--r--. 2 root root 15 Sep  6 17:05 hdemo.txt
111 lrwxrwxrwx. 1 root root  8 Sep  6 17:19 sdemo.txt -> demo.txt

可以看到，为文件 demo.txt 增加 soft link 之后，文件的 link 数量并未增加。而 ls 命令返回结果的第二列，权限信息中的第一个字母变成了 l（symbolic link）。此时如果用rm -f demo.txt 命令删除 demo.txt，再用cat sdemo.txt 命令访问 sdemo.txt 就会收到 No such file or directory 的提示，因为虽然文件本身仍然在，但是快捷方式指向的 demo.txt 文件名被删除了。

[root@localhost efrey]# echo "I am new demo" > demo.txt

[root@localhost efrey]# ls -il
total 8
112 -rw-r--r--. 1 root root  1 Sep  6 17:25 demo.txt
110 -rw-r--r--. 1 root root 15 Sep  6 17:05 hdemo.txt
111 lrwxrwxrwx. 1 root root  8 Sep  6 17:19 sdemo.txt -> demo.txt

[root@localhost efrey]# cat sdemo.txt
I am new demo

此时再用 echo '' > demo.txt 新建文件，此时这个 demo.txt 文件的 inode 编号已经改变为 112 了，和原来的 demo.txt 已经不是同一个文件了；而我们查看 sdemo.txt 的内容已经是 112 这个 demo.txt 文件的了。

Linux快速入门1一一-文件系统简介

1. Linux 常见的文件系统

2. Linux 系统的层次

Kernel Space

Device Driver

General Block Device Layer

File System

VFS

SCI

3. 文件存储结构

4. 文件权限控制

4.1. 文件的属性

4.2. 文件的权限分配

4.2.1. 权限类型

4.2.2. 文件权限的涵义

4.2.3. 修改文件的权限

5. 文件的链接

hard link