Linux文件系统面面观

对于计算机来说，所谓的数据就是0和1的序列。这样的一个序列可以存储在内存中，但内存中的数据会随着关机而消失。为了将数据长久保存，我们把数据存储在光盘或者硬盘中。根据我们的需要，我们通常会将数据分开保存到文件这样一个个的小单位中(所谓的小，是相对于所有的数据而言)。但如果数据只能组织为文件的话，而不能分类的话，文件还是会杂乱无章。每次我们搜索某一个文件，就要一个文件又一个文件地检查，太过麻烦。文件系统(file system)是就是文件在逻辑上组织形式，它以一种更加清晰的方式来存放各个文件。

路径与文件简介

文件被组织到文件系统(file system)中，通常会成为一个树状(tree)结构。Linux有一个根目录/, 也就是树状结构的最顶端。这个树的分叉的最末端都代表一个文件，而这个树的分叉处则是一个目录(directory, 相当于我们在windows界面中看到的文件夹)。在图1中看到的是整个的一个文件树。如果我们从该树中截取一部分，比如说从目录vamei开始往下，实际上也构成一个文件系统。

要找到一个文件，除了要知道该文件的文件名，还需要知道从树根到该文件的所有目录名。从根目录开始的所有途径的目录名和文件名构成一个路径(path)。比如说，我们在Linux中寻找一个文件file.txt，不仅要知道文件名(file.txt)，还要知道完整路径，也就是绝对路径(/home/vamei/doc/file.txt)。从根目录录/, 也就是树状结构的最顶端出发，经过目录home, vamei, doc，最终才看到文件file.txt。整个文件系统层层分级(hierarchy)，vamei是home的子目录，而home是vamei的父目录。

在Linux中，我们用ls命令来显示目录下的所有文件，比如 $ls /home/vamei/doc

图1 文件树

如该图中所示的文件系统，即绿色构成的树。最顶端的根目录(/)，沿红色箭头标出的路径，我们最终找到文件file.txt。

目录

在Linux系统中，目录也是一种文件。所以/home/vamei是指向目录文件vamei的绝对路径。

这个文件中至少包含有以下条目:

除此之外，目录文件中还包含有属于该目录的文件的文件名，比如vamei中就还要有如下条目，指向属于该目录的文件:

Linux解释一个绝对路径的方式如下：先找到根目录文件，从该目录文件中读取home目录文件的位置，然后从home文件中读取vamei的位置……直到找到目录doc中的file.txt的位置。

由于目录文件中都有.和..的条目，我们可以在路径中加入.或者..来表示当前目录或者父目录，比如/home/vamei/doc/..与/home/vamei等同。

此外，Linux会在进程中，维护一个工作目录(present working directory)的变量。在shell中，你可以随时查询到到工作目录(在命令行输入$pwd)。这是为了省去每次都输入很长的绝对路径的麻烦。比如说我们将工作目录更改为/home/vamei ($cd /home/vamei)，那么此时我们再去找file.txt就可以省去/home/vamei/ ($ls doc/file.txt)，这样得到的路径叫相对路径(relative path)，上面的doc/file.txt就是这样一个相对路径。

当文件出现在一个目录文件中时，我们就把文件接入到文件系统中，我们称建立一个到文件的硬链接(hard link)。一个文件允许出现在多个目录中，这样，它就有多个硬链接。当硬链接的数目(link count)降为0时，文件会被Linux删除。所以很多时候，unlink与remove在Linux操作系统中是一个意思。由于软链接(soft link)的广泛使用(soft link不会影响link count，而且可以跨越文件系统)，现在较少手动建立硬连接。

文件操作

对于文件，我们可以读取(read)，写入(write)和运行(execute)。读取是从已经存在的文件中获得数据。写入是向新的文件或者旧的文件写入数据。如果文件储存的是可执行的二进制码，那么它可以被载入内存，作为一个程序运行。在Linux的文件系统中，如果某个用户想对某个文件执行某一种操作，那么该用户必须拥有对该文件进行这一操作的权限。文件权限的信息保存在文件信息(metadata)中, 见下一节。

文件附加信息 (metadata)

文件自身包含的只有数据。文件名实际上储存在目录文件。除了这些之外，还有操作系统维护的文件附加信息，比如文件类型，文件尺寸，文件权限，文件修改时间，文件读取时间等。可以用ls命令查询文件信息($ls -l file.txt)，得到如下结果：

各个部分的含义如下：

1.我们先介绍最开始的-，它表示文件类型，说明file1.txt是常规文件(如果是目录文件，则应显示d)。

2.随后有九个字符，为rw-r--r--，它们用于表示文件权限。这九个字符分为三组，rw-, r--, r--，分别对应拥有者(owner)，拥有组(owner group)和所有其他人(other)。回顾Linux开机启动 ，登录后，我会有一个用户身份和一个组身份, 相当于我的名片。第一组表示，如果我的名片上的用户SFZ明我是该文件的拥有者，那么我就可以对该文件有读取(r)，写入(w)该文件的权限，但不拥有执行(-，如果拥有执行权限，则为x)该文件的权限。第二组表示，如果我的名片上的组SFZ明我所在的组是该文件的拥有组的一员，那么我有从该文件读入的权限。第三组表示，如果我的名片显示我既不是拥有者，也不是拥有组的一员，那么我只有读入的权限。当我想要进行一个读取操作时，Linux会先看我是否是拥有者下文会进一步解释拥有者和拥有组。        

3.后面的1是硬连接(hard link)数目(link count)。

4.之后的vamei表示用户vamei是文件的拥有者(owner)，文件的拥有者有权更改文件权限(比如改为rwxrwxrwx)。而后面的vamei文件的拥有组是组vamei。文件的拥有者和拥有组在文件创建时就附加在文件上(相当于给文件上锁，只有有合适名片的用户才能打开操作)。要注意，Linux有一个超级用户root (也叫做根用户)，该用户拥有所有的文件。

5.随后的8445表示文件大小，单位为字节(byte)。

6.Sep 8 07:33表示文件的上一次写入的时间(modification time)。实际上在文件附加信息中还包含有文件的上一次读取时间(access time)，没有显示出来。

软链接 (soft link, or symbolic link)

如上讨论硬链接时说到的，软链接不会影响文件的link count。如果还记得windows系统的快捷方式的话，Linux的软链接(soft link，也叫做symbolic link)就是linux的快捷方式。软链接本质上是一个文件，它的文件类型是symbolic link。在这个文件中，包含有链接指向的文件的绝对路径。当你从这个文件读取数据时，linux会把你导向所指向的文件，然后从那个文件中读取（就好像你双击快捷方式的效果一样）。软链接可以方便的在任何地方建立，并指向任何一个绝对路径。

软链接本身也是一个文件，也可以执行文件所可以进行的操作。当我们对软链接操作时，要注意我们是对软链接本身操作，还是对软链接指向的目标操作。如果是后者，我们就说该操作跟随链接指引(follow the link)。

umask

当我们创建文件的时候，比如使用touch，它会尝试将新建文件创建为权限666，也就是rw-rw-rw-。但操作系统要参照权限mask来看是否真正将文件创建为666。权限mask表示操作系统不允许设置的权限位，比如说037(----wxrwx)的权限mask意味着不允许设置设置group的wx位和other的rwx位。如果是这个权限mask的话，最终的文件权限是rw-r----- (group的w位和other的rw位被mask)。

我们可以通过

的方式改变权限mask。

总结

计算机本质上是对数据进行处理的工具，而文件是数据储存的逻辑载体，所以了解Linux文件系统很重要。对于文件系统的了解要结合Linux的其他方面(比如用户管理)进行有机的学习。

文件权限，拥有者，拥有组，超级用户root

硬链接，软链接，follow the link