文件系统¶

在本章中，您将学习如何使用文件系统。

目标 : 在本章中，未来的 Linux 管理员们将学习如何：

管理磁盘上的分区；
使用LVM更好地利用磁盘资源；
为用户提供文件系统并管理访问权限。

同时也发现：

Linux 中的树状结构是如何组织的；
提供不同类型的文件以及如何使用这些文件；

硬件、磁盘、分区、lvm、linux

知识性:
复杂度:

阅读时间: 20 分钟

分区¶

分区将允许安装多个操作系统，因为它们不可能共存于同一逻辑驱动器上。 分区还允许在逻辑上分离数据（安全性、访问优化等）。

存储在磁盘第一个扇区（MBR: Master Boot Record）中的分区表记录了物理磁盘划分为分区卷的过程。

对于 MBR 分区表类型，同一物理磁盘最多可以划分为4个分区：

• 主分区
• 扩展分区

设备文件名命名规范¶

在 GNU/Linux 世界，一切都是文件。 对于磁盘，它们在系统中被识别为：

Linux 内核包含大多数硬件设备的驱动程序。

我们称之为 设备 的是不带 /dev 存储的文件，用于标识主板检测到的不同硬件。

名为 udev 的服务负责应用命名约定（规则），并将其应用于检测到的设备。

欲了解更多信息，请查看 这里。

设备分区号¶

块设备（存储设备）后面的数字表示分区。 对于 MBR 分区表，数字 5 必须是第一个逻辑分区。

对磁盘进行分区至少有两个命令：fdisk 和 cfdisk。 这两个命令都有一个交互式菜单。 cfdisk 更可靠且有更好的优化，所以最好使用它。

使用 fdisk 的唯一原因是您希望使用 -l 选项列出所有逻辑设备。 fdisk 使用 MBR 分区表，因此不支持 GPT 分区表，也无法处理超过 2TB 的磁盘。

sudo fdisk -l
sudo fdisk -l /dev/sdc
sudo fdisk -l /dev/sdc2

parted 命令¶

parted（分区编辑器）命令可以对磁盘进行分区且没有 fdisk 的缺点。

parted 命令既可在命令行中使用，也可交互式使用。 它还具有恢复功能，能够重写已删除的分区表。

parted [-l] [device]

在图形界面下，有一个非常完整的 gparted 工具：Gnome PARtition EDitor。

gparted-l 命令列出计算机上的所有逻辑设备。

gparted 命令在不带任何参数的情况下运行时，将显示带有内部选项的交互式模式：

• help 或错误的命令将显示这些选项。
• 此模式下的 print all 将具有与命令行上的 gparted-l 相同的结果。
• quit 返回到提示符。

cfdisk 命令¶

cfdisk 命令用于管理分区。

cfdisk device

示例：

$ sudo cfdisk /dev/sda
                                 Disk: /dev/sda
               Size: 16 GiB, 17179869184 bytes, 33554432 sectors
                       Label: dos, identifier: 0xcf173747
    Device        Boot       Start        End    Sectors   Size   Id Type
>>  /dev/sda1     *           2048    2099199    2097152     1G   83 Linux
    /dev/sda2              2099200   33554431   31455232    15G   8e Linux LVM
 lqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqk
 x Partition type: Linux (83)                                                 x
 x     Attributes: 80                                                         x
 xFilesystem UUID: 54a1f5a7-b8fa-4747-a87c-2dd635914d60                       x
 x     Filesystem: xfs                                                        x
 x     Mountpoint: /boot (mounted)                                            x
 mqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqj
     [Bootable]  [ Delete ]  [ Resize ]  [  Quit  ]  [  Type  ]  [  Help  ]
     [  Write ]  [  Dump  ]

在没有 LVM 的情况下，物理介质的准备工作需要经过五个步骤：

• 设置物理磁盘；
• 卷的分区（磁盘分区，安装多个系统的可能性，...)；
• 创建文件系统 (允许操作系统管理文件、 树结构、权限...)；
• 挂载文件系统（在树结构中注册文件系统）；
• 管理用户访问。

逻辑卷管理器（LVM）¶

Logical Volume Manager (LVM))

标准分区 创建的分区无法动态调整硬盘资源，一旦被挂载，容量就完全固定，这种限制对服务器来说是不可接受的。 虽然可以通过一定的技术手段强行扩大或缩小标准分区，但很容易造成数据丢失。 LVM 可以很好地解决这个问题。 LVM 从 Linux 内核 2.4 版开始可用，其主要功能包括：

• 更灵活的磁盘容量；
• 在线数据移动；
• 磁盘工作在 条带 模式；
• 镜像卷（重新复制）；
• 卷快照（snapshot）。

LVM 的原理非常简单：

• 在物理磁盘（或磁盘分区）和文件系统之间添加逻辑抽象层
• 将多个磁盘（或磁盘分区）合并为卷组（VG）
• 通过被称为逻辑卷（LV）的东西对它们执行底层磁盘管理操作。

物理介质：LVM的存储介质可以是整个硬盘、磁盘分区或 RAID 阵列。 在执行进一步操作之前，必须将设备转换或初始化为 LVM 物理卷（PV）。

PV（物理卷）：LVM 的基本存储逻辑块。 要创建物理卷，可以使用磁盘分区或磁盘本身。

VG（卷组）：与标准分区中的物理磁盘类似，由一个或多个 PV 组成。

LV（逻辑卷）：与标准分区中的硬盘分区类似，LV 构建在 VG 之上。 您可以在 LV 上设置文件系统。

PE：PV 中可分配的最小存储单元，默认为 4MB。 您可以指定其他大小。

LE：LV 中可以分配的最小存储单元。 在相同的 VG 中，PE 和 LE 是相同的且一一对应。

LVM 的缺点——如果其中一个物理卷出现故障，则使用该物理卷的所有逻辑卷都会丢失。 因此，您必须在 RAID 磁盘上使用 LVM 。

LVM 的写入机制¶

将数据存储到 LV 时有几种存储机制，其中两种是：

• 线性卷；
• 条带 模式的卷；
• 镜像卷。

用于卷管理的 LVM 相关命令¶

主要相关命令如下：

pvcreate 命令¶

pvcreate 命令用来创建物理卷。 它将 Linux 分区（或磁盘）转换为物理卷。

pvcreate [-options] partition

示例：

[root]# pvcreate /dev/hdb1
pvcreate -- physical volume « /dev/hdb1 » successfully created

您也可以使用整个磁盘（例如，这有利于在虚拟环境中增加磁盘大小）。

[root]# pvcreate /dev/hdb
pvcreate -- physical volume « /dev/hdb » successfully created

# 它也可以使用用其他方式书写，例如
[root]# pvcreate /dev/sd{b,c,d}1
[root]# pvcreate /dev/sd[b-d]1

vgcreate 命令¶

vgcreate 命令用于创建卷组。 它将一个或多个物理卷归入一个卷组。

vgcreate  <VG_name>  <PV_name...>  [option]

示例：

[root]# vgcreate volume1 /dev/hdb1
…
vgcreate – volume group « volume1 » successfully created and activated

[root]# vgcreate vg01 /dev/sd{b,c,d}1
[root]# vgcreate vg02 /dev/sd[b-d]1

lvcreate 命令¶

lvcreate 用来创建逻辑卷。 然后在这些逻辑卷上创建文件系统。

lvcreate -L size [-n name] VG_name

示例：

[root]# lvcreate –L 600M –n VolLog1 volume1
lvcreate -- logical volume « /dev/volume1/VolLog1 » successfully created

用于查看卷信息的 LVM 命令¶

pvdisplay 命令¶

pvdisplay 命令允许您查看有关物理卷的信息。

pvdisplay /dev/PV_name

示例：

[root]# pvdisplay /dev/PV_name

vgdisplay 命令¶

vgdisplay 命令允许您查看有关卷组的信息。

vgdisplay VG_name

示例：

[root]# vgdisplay volume1

lvdisplay 命令¶

lvdisplay 命令允许您查看有关逻辑卷的信息。

lvdisplay /dev/VG_name/LV_name

示例：

[root]# lvdisplay /dev/volume1/VolLog1

物理介质的准备¶

物理支撑的 LVM 准备分为以下几个部分：

• 设置物理磁盘
• 卷的分区
• LVM 物理卷
• LVM 卷组
• LVM 逻辑卷
• 创建文件系统
• 挂载文件系统
• 管理用户访问

文件系统的结构¶

文件系统 FS 负责以下操作：

• 确保对文件的访问权和修改权；
• 操作文件：创建、读取、修改和删除；
• 在磁盘上定位文件；
• 管理分区空间。

Linux 操作系统可以使用不同的文件系统（ext2、ext3、ext4、FAT16、FAT32、NTFS、HFS、BtrFS、JFS、XFS......）。

mkfs 命令¶

mkfs（make file system） 命令用于创建 Linux 文件系统。

mkfs [-t fstype] filesys

示例：

[root]# mkfs -t ext4 /dev/sda1

每个文件系统的结构在每个分区上都是相同的。 Boot Sector 和 Super block 由系统初始化完成，Inode table 和 Data block 由管理员初始化完成。

Boot sector¶

Boot sector 是可引导存储介质的第一个扇区，即 0 柱面、0 磁道、1 扇区（1 扇区等于 512 字节）。 它由三个部分组成：

1. MBR（主引导记录）：446 字节。
2. DPT（磁盘分区表）：64 字节。
3. BRID（启动记录 ID）：2 字节。

Super block¶

Super block 表的大小在创建时定义。 它存在于每个分区上，并包含使用它所必需的元素。

它描述了文件系统：

• 逻辑卷的名称；
• 文件系统的名称；
• 文件系统的类型；
• 文件系统状态；
• 文件系统大小；
• 空闲 block 的数量；
• 指向空闲 block 列表开头的指针；
• inode 列表的大小；
• 空闲 inodes 的数量和列表。

系统一经初始化，就会在中央内存中加载一份副本。 此副本在修改后立即更新，系统会定期保存（sync 命令）。

当系统停止时，它也将内存中的该表复制到它的 block 中。

inode 表¶

inode table 的大小在创建时定义，并存储在分区中。 它由称为 inode 的记录组成，这些记录与创建的文件相对应。 每条记录都包含组成文件的 data block 的地址。

系统一经初始化，就会在中央内存中加载一份副本。 此副本在修改后立即更新，系统会定期保存（sync 命令）。

当系统停止时，它也将内存中的该表复制到它的 block 中。

文件由其 inode 编号管理。

inode table 中存在的信息：

• Inode 编号；
• 文件类型和访问权限；
• 所有者的标识号；
• 所属组的标识号；
• 此文件上的链接数；
• 文件大小（以字节为单位）；
• 文件最后被访问的日期；
• 文件最后被修改的日期；
• 最后一次修改 inode 的日期（等于文件的创建时间）；
• 指向包含文件片段的逻辑块的多个指针表（block 表）。

Data block¶

它的大小对应于分区的剩余可用空间。 该区域包含与每个目录相对应的目录和与文件内容相对应的 data block 。

为了确保文件系统的一致性，在加载操作系统时，会将 superblock 和 inode table 的镜像加载到内存（RAM）中，以便通过这些系统表完成所有的 I/O操作。 当用户创建或修改文件时，此内存镜像会首先更新。 因此，操作系统必须定期更新逻辑磁盘的 superblock（sync 命令）。

这些表在系统关闭时会写入到硬盘。

修复文件系统¶

可以使用 fsck 命令检查文件系统的一致性。

如果出现错误，则会提出解决方案来解决不一致问题。 修复之后，inode 表中没有条目的文件将附加到逻辑驱动器的 /lost+found 文件夹中。

fsck 命令¶

fsck 命令是用来检查和修复 Linux 文件系统完整性的工具。

fsck [-sACVRTNP] [ -t fstype ] filesys

示例：

[root]# fsck /dev/sda1

要检查根分区，可以创建一个 forcefsck 文件，然后使用 -F 选项重新启动或运行 shutdown。

[root]# touch /forcefsck
[root]# reboot
or
[root]# shutdown –r -F now

文件系统的组织¶

根据定义，文件系统是从根目录构建的目录树结构（一个逻辑设备只能包含一个文件系统）。

文本文档、目录、二进制、分区、网络资源、屏幕、键盘、Unix内核、用户程序...

Linux 符合 FHS（Filesystems Hierarchy Standard）(参阅 man hier)，该标准定义了文件夹的名称及其角色。

• 要在树级执行挂载或卸载，您不能位于其挂载点之下。
• 在非空目录上挂载不会删除内容。 它只是被隐藏了。
• 只有管理员可以执行挂载操作。
• 要在启动时自动挂载挂载点，必须写入到 /etc/fstab 文件中。

/etc/fstab 文件¶

/etc/fstab 文件是在随系统启动时被读取的，其中包含要执行的挂载。 每个要挂载的文件系统都在一行上说明，字段由空格或制表符分隔。

/dev/mapper/VolGroup-lv_root   /         ext4    defaults        1   1
UUID=46….92                    /boot     ext4    defaults        1   2
/dev/mapper/VolGroup-lv_swap   swap      swap    defaults        0   0
tmpfs                          /dev/shm  tmpfs   defaults        0   0
devpts                         /dev/pts  devpts  gid=5,mode=620  0   0
sysfs                          /sys      sysfs   defaults        0   0
proc                           /proc     proc    defaults        0   0
  1                              2         3        4            5   6

mount -a 命令允许您根据配置文件 /etc/fstab 的内容自动挂载。 之后便将挂载的信息写入到 /etc/mtab 。

Shell > mkdir /mnt/usb     
Shell > mount -t  vfat  /dev/sdb1  /mnt/usb  

# 读取U盘信息
Shell > cd /mnt/usb/

# 不需要时，执行以下命令并拔出 USB 闪存盘
Shell > umount /mnt/usb

挂载管理命令¶

mount 命令¶

mount 命令允许您挂载和查看树中的逻辑驱动器。

mount [-option] [device] [directory]

示例：

[root]# mount /dev/sda7 /home

umount 命令¶

umount 命令用于卸载逻辑驱动器。

umount [-option] [device] [directory]

示例：

[root]# umount /home
[root]# umount /dev/sda7

文件命名约定¶

与任何系统一样，为了能够在树结构和文件管理中方便找到文件，尊重文件的命名规则非常重要。

• 文件以 255 个字符编码；
• 可以使用所有 ASCII 字符；
• 区分大小写字母；
• 大多数文件没有文件扩展名的概念。 在 GNU/Linux 世界中，除了少数几个（例如 .jpg、.mp4、.gif 等）之外，大多数文件扩展名都是不需要的。

用空格分隔的单词组必须用引号括起来：

[root]# mkdir "working dir"

文件扩展名协议示例：

• .c : C 语言的源文件；
• .h : C 和 Fortran 的头文件；
• .o ：C 语言的对象文件；
• .tar：使用 tar 归档的数据文件；
• .cpio ：使用 cpio 归档的数据文件；
• .gz ：使用 gzip 压缩的数据文件；
• .tgz：使用 tar 归档并用 gzip 进行压缩的数据文件；
• .html ：web 页面

文件名的详细信息¶

[root]# ls -liah /usr/bin/passwd
266037 -rwsr-xr-x 1 root root 59K mars  22  2019 /usr/bin/passwd
1      2    3     4  5    6    7       8               9

在 GNU/Linux 世界中，有七种文件类型：

目录补充说明¶

在每个目录中都有两个隐藏文件： . 和 ..。 你需要使用 ls -al 来查看，例如：

# . 表示在当前目录中，例如，您需要在某个目录中执行脚本，通常为：
Shell > ./scripts

# .. 表示当前目录的上一级目录，例如：
Shell > cd /etc/
Shell > cd ..
Shell > pwd
/

# 对于空目录，其第四部分必须大于或等于2。 因为其中有 "." 和 ".."
Shell > mkdir /tmp/t1
Shell > ls -ldi /tmp/t1
1179657 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Nov 14 18:41 /tmp/t1

特殊文件¶

为了与外围设备（硬盘、打印机等）通信，Linux 使用被称为特殊文件的接口文件（ (device file 或 special file）。 这些文件允许外设识别它们自己。

这些文件很特殊，因为它们并不存储数据，而是定义了与设备通信的访问模式。

它们以两种模式进行定义：

• block 模式；
• character 模式。

# 块设备文件
Shell > ls -l /dev/sda
brw-------   1   root  root  8, 0 jan 1 1970 /dev/sda

# 字符设备文件
Shell > ls -l /dev/tty0
crw-------   1   root  root  8, 0 jan 1 1970 /dev/tty0

通信文件¶

这些是 管道 和 套接字 文件。

• 管道文件 通过 FIFO（First In, First Out）机制在进程间传递信息。 一个进程将临时信息写入到 管道 文件，另一个进程随后读取该信息。 读取之后，该信息即不可再访问。

• 套接字文件 允许在本地或远程系统上的双向进程间通信。 它们会占用文件系统的 inode。

链接文件¶

这些文件允许为同一个物理文件提供多个逻辑名称，从而为该文件创建一个新的访问点。

链接文件有两种类型：

• 软链接文件，也称为符号链接文件；
• 硬链接文件，也称为物理链接文件。

主要特性为：

具体例子如下：

# 权限和他们指向的原始文件
Shell > ls -l /etc/rc.locol
lrwxrwxrwx 1 root root 13 Oct 25 15:41 /etc/rc.local -> rc.d/rc.local

# 删除原始文件时。 "-s" 表示软链接选项
Shell > touch /root/Afile
Shell > ln -s /root/Afile /root/slink1
Shell > rm -rf /root/Afile

Shell > cd /home/paul/
Shell > ls –li letter
666 –rwxr--r-- 1 root root … letter

# ln 命令没有添加任何选项时表示硬链接
Shell > ln /home/paul/letter /home/jack/read

# 硬链接的本质是相同 inode 号在不同目录下的文件映射。
Shell > ls –li /home/*/*
666 –rwxr--r-- 2 root root … letter
666 –rwxr--r-- 2 root root … read

# 如果您使用一个硬链接到目录， 您将会被提示：
Shell > ln  /etc/  /root/etc_hardlink
ln: /etc: hard link not allowed for directory

文件属性¶

Linux 是一个多用户的操作系统，对访问文件的控制是必不可少的。

这些控制的功能如下：

• 文件访问权限；
• 用户 (ugo Users Groups Others)。

文件和目录的基本权限¶

文件权限 的描述如下：

目录权限 的描述如下：

基本权限对应的用户类型¶

属性管理¶

权限的显示是通过使用 ls -l 命令来完成的。 这是10个字符块的最后9个字符。 更确切地说，是3乘3个字符。

[root]# ls -l /tmp/myfile
-rwxrw-r-x  1  root  sys  ... /tmp/myfile
  1  2  3       4     5

默认情况下，文件的 所有者 是创建它的人。 文件的 组 是创建该文件的所有者的组。 其他人 则是不关心之前案例的人。

可使用 chmod 命令更改属性。

只有管理员和文件的所有者可以更改文件的权限。

chmod 命令¶

chmod 命令允许您更改文件的访问权限。

chmod [option] mode file

Mode 指示可以用八进制表示（例如 744）或符号表示（[ugoa] [+=-] [rwxst]）。

八进制（或数字）表示法：¶

将这三个数字加在一起即可获得一个用户类型的权限。 例如： 755=rwxr-xr-x。

[root]# ls -l /tmp/fil*
-rwxrwx--- 1 root root … /tmp/file1
-rwx--x--- 1 root root … /tmp/file2
-rwx--xr-- 1 root root … /tmp/file3

[root]# chmod 741 /tmp/file1
[root]# chmod -R 744 /tmp/file2
[root]# ls -l /tmp/fic*
-rwxr----x 1 root root … /tmp/file1
-rwxr--r-- 1 root root … /tmp/file2

符号表示法¶

此方法可以被视为用户类型、运算符和权限之间的「字面意思上的」关联。

[root]# chmod -R u+rwx,g+wx,o-r /tmp/file1
[root]# chmod g=x,o-r /tmp/file2
[root]# chmod -R o=r /tmp/file3

默认权限和掩码¶

当创建一个文件或目录时，它已经拥有权限。

• 对于目录：rwxr-xr-x 或 755。
• 对于文件：rw-r-r- 或 644。

此行为由 默认掩码 定义。

其本质是在没有执行权限的情况下以最大权限删除掩码所定义的值。

对于目录：

对于文件，执行权限将被删除：

# root 用户
Shell > touch a.txt
Shell > ll
-rw-r--r-- 1 root root     0 Oct  8 13:00 a.txt

umask 命令¶

umask 命令允许您显示和修改掩码。

umask [option] [mode]

示例：

$ umask 033
$ umask
0033
$ umask -S
u=rwx,g=r,o=r
$ touch umask_033
$ ls -la  umask_033
-rw-r--r-- 1 rockstar rockstar 0 nov.   4 16:44 umask_033
$ umask 025
$ umask -S
u=rwx,g=rx,o=w
$ touch umask_025
$ ls -la  umask_025
-rw-r---w- 1 rockstar rockstar 0 nov.   4 16:44 umask_025

要保留该值，您必须修改以下配置文件：

对于所有用户：

• /etc/profile
• /etc/bashrc

对于特定用户：

• ~/.bashrc

当编写上述文件时，它实际上是覆盖了 /etc/login.defs 的 UMASK 参数。 如果你想要提高操作系统的安全性，你可以设置 umask 为 027 或 077。

Author: Antoine Morvan

Contributors: Steven Spencer, tianci li, Serge, Ganna Zhyrnova