Linux文件系统介绍
Linux文件系统
含义：
Linux系统里面，一切皆文件，即所有的数据都以文件的方式呈现出来，而文件系统的作用就是在存储设备（硬盘、U 盘、分区）上组织、管理、存取文件的一套规则、数据结构和软件模块。
作用：
文件系统决定了文件在存储设备或者分区上的文件的方法和数据结构，并提供用户交互接口，从而实现文件的存储、检索、保护、压缩、加密等等功能。
核心功能：
1、文件与目录管理
（1）提供树形目录结构，从/根目录开始
（2）支持创建、删除、重命名、移动、复制文件/目录
（3）支持路径查找（绝对路径/相对路径）
2、存储空间管理
（1）把硬盘划分为block（数据块）统一管理
（2）为新文件分配空闲块
（3）删除文件后回收空间
3、文件命名与索引管理
（1）管理文件名与文件实际存储位置的映射
（2）每个文件都有唯一的 inode编号（类似与身份证）
4、权限与安全控制
（1）控制文件的读、写、执行
（2）用户/用户组的归属
（3）拥有SUID、SGID等特殊权限限制，防止用户越权访问，篡改文件系统
5、日志功能
（1）记录正在进行的写入操作
（2）突然断电或者死机后能快速恢复正常，避免文件系统损坏
6、高速缓存机制
（1）使用内存做cache/buffer，对于频繁读取的文件放到内存里面，加速访问
（2）写入文件先放缓存，提升性能
7、链接机制
（1）硬链接：多个文件名指向同一个inode
（2）软链接：指向另一个文件或目录的路径，可以跨文件系统
8、错误检测与修复
（1）自动检测坏块
（2）提供fsck工具文件系统
组成：
1、逻辑结构
各目录存储文件类型如下：
| 目录 | 作用 |
|---|---|
/bin |
基础命令目录，存放所有用户都能使用的核心命令（如 ls、cp、mv、cat）。图中箭头指向 /usr/bin，表示现代系统中 /bin 通常是 /usr/bin 的软链接。 |
/boot |
存放系统启动相关文件：Linux 内核、initramfs、GRUB 引导程序等。 |
/dev |
设备文件目录，Linux 一切皆文件，硬件设备（硬盘 /dev/sda、键盘、显示器等）都以文件形式存在这里。 |
/etc |
系统配置目录，所有全局配置文件都在这（如 /etc/passwd、/etc/nginx/nginx.conf）。 |
/home |
普通用户家目录，每个用户有自己的子目录（图中 alice/bob/eve），存放个人文件、配置、数据。 |
/root |
超级用户（root）的家目录，和普通用户分开，权限更高。 |
/run |
系统运行时数据，存放进程 PID、锁文件等，重启后清空。 |
/sbin |
系统管理员命令目录，存放只有 root 能执行的系统管理命令（如 shutdown、fsck、ifconfig）。图中箭头指向 /usr/sbin，表示 /sbin 通常是 /usr/sbin 的软链接。 |
/tmp |
临时文件目录，所有用户都可读写，系统会定期清理，重启后内容会丢失。图中还有一个箭头指向 /var/tmp，表示 /tmp 和 /var/tmp 功能类似但生命周期不同。 |
/usr |
二级系统目录，存放用户态的程序、库、文档等，是系统最大的目录之一。 |
/var |
可变数据目录，存放经常变化的文件：日志、缓存、邮件、网站数据等。图中 /var/tmp 是它的子目录。 |
2、物理存储结构
（1）Block（数据块）：文件实际内容存放的地方，其大小固定4KB，一个文件占若干 Block，一个 Block 只属于一个文件。
（2）inode（索引节点）：每个文件唯一对应一个 inode， inode 存储文件的元数据（metadata），包括：文件类型（普通文件 / 目录 / 链接）、权限（rwx）、所有者、所属组、文件大小、访问 / 修改 / 改变时间、数据所在的 Block 编号、硬链接计数，最后注意：inode 不存储文件名！
（3）dentry（目录项）：目录本身也是文件，内容是dentry 列表 ，每个 dentry 保存文件名和对应的 inode号，其是作用 把 “文件名” 和 “inode” 关联起来。
（4）superblock（超级块）：整个文件系统的总控信息，包括文件系统类型（ext4/XFS）、总 Block 数量、总 inode 数量、空闲 Block /inode 数量、Block 大小、挂载时间、检查时间等
（5） block bitmap（块位图）：用二进制位标记哪些 Block 已用、哪些空闲。
（6）inode bitmap（inode 位图）：标记哪些 inode 已用、哪些空闲。
（7）日志区（Journal）：ext4、XFS 用于记录操作日志，保证崩溃一致性。
常用命令
1、目录操作命令
| 命令 | 全称 | 核心作用 | 典型用法 | 解析 |
|---|---|---|---|---|
ls |
list | 列出目录内容 | ls -lh |
查看当前目录文件，-l 显示详细信息，-h 人性化显示大小；-a 显示隐藏文件 |
cd |
change directory | 切换目录 | cd /home/alice |
进入指定目录；cd .. 回到上级，cd ~ 回到用户家目录 |
pwd |
print working directory | 显示当前路径 | pwd |
输出当前所在目录的绝对路径，避免迷路 |
mkdir |
make directory | 创建目录 | mkdir -p project/src |
-p 自动创建多层目录，不会因父目录不存在而报错 |
touch |
touch | 创建空文件 / 更新时间戳 | touch test.txt |
文件不存在则创建空文件；存在则只更新访问 / 修改时间，不覆盖内容 |
cp |
copy | 复制文件 / 目录 | cp -r dir1 dir2 |
复制文件直接用 cp src dst；复制目录必须加 -r（递归），-a 可完整保留权限等属性 |
mv |
move | 移动 / 重命名 | mv old.txt new.txt |
同一分区内移动几乎瞬间完成；目录无需 -r，直接 mv dir1 dir2 |
rm |
remove | 删除文件 / 目录 | rm -rf dir |
-r 递归删除目录，-f 强制删除不提示；非常危险，谨慎使用 |
tree |
tree | 树形展示目录结构 | tree -L 2 |
可视化目录层级，-L 限制显示深度，适合梳理项目结构 |
2、文件查看与内容处理命令
| 命令 | 全称 | 核心作用 | 典型用法 | 解析 |
|---|---|---|---|---|
cat |
concatenate | 查看 / 拼接文件内容 | cat -n test.txt |
一次性输出全部内容，适合小文件；-n 显示行号，>> 可追加内容 |
head |
head | 查看文件开头 | head -20 app.log |
默认显示前 10 行，-n 指定行数，适合快速预览文件 |
tail |
tail | 查看文件末尾 / 实时监控 | tail -f app.log |
默认显示后 10 行；-f 实时跟踪新增内容，是排查日志的核心命令 |
less |
less | 分页查看大文件 | less large.log |
比 more 更强大，支持上下滚动、搜索（/关键词）、跳转，适合查看大日志 |
grep |
global regular expression print | 搜索文件内容 | grep -i "error" app.log |
按关键词 / 正则匹配行并输出；-i 忽略大小写，-n 显示行号，-v 反向匹配，-r 递归搜索目录 |
wc |
word count | 统计行数 / 字数 / 字节数 | wc -l test.txt |
-l 统计行数，-w 统计单词数，-c 统计字节数 |
3、权限与属性管理命令
| 命令 | 全称 | 核心作用 | 典型用法 | 解析 |
|---|---|---|---|---|
chmod |
change mode | 修改文件权限 | chmod 755 script.sh |
用数字或符号修改权限：r=4 w=2 x=1，755 代表所有者可读 / 写 / 执行，组和其他用户可读 / 执行 |
chown |
change owner | 修改文件所有者 / 组 | chown alice:users test.txt |
改变文件的用户和用户组归属，需要 root 权限 |
chgrp |
change group | 修改文件所属组 | chgrp staff file.txt |
仅修改文件的用户组，等价于 chown :staff file.txt |
lsattr/chattr |
list/change attributes | 查看 / 修改扩展属性 | chattr +i important.txt |
给文件加不可修改标记（+i），防止误删，需 root 权限 |
4、磁盘与文件系统管理命令
| 命令 | 全称 | 核心作用 | 典型用法 | 解析 |
|---|---|---|---|---|
df |
disk free | 查看磁盘挂载与空间 | df -h |
显示各分区总容量、已用 / 可用空间，-h 人性化单位（GB/MB） |
du |
disk usage | 查看目录 / 文件大小 | du -sh * |
统计目录 / 文件占用空间，-s 汇总，-h 人性化显示，适合找大文件 |
fdisk/parted |
partition manipulator | 磁盘分区管理 | fdisk /dev/sda |
对磁盘进行分区操作，需 root 权限，操作前务必备份数据 |
mkfs |
make file system | 格式化分区 | mkfs.ext4 /dev/sdb1 |
为分区创建文件系统（ext4/xfs 等），会清空分区所有数据 |
mount/umount |
mount/unmount | 挂载 / 卸载设备 | mount /dev/sdb1 /mnt/data |
将磁盘 / 分区挂载到目录下访问；umount 卸载，避免直接拔盘导致数据丢失 |
fsck |
file system check | 检查 / 修复文件系统 | fsck /dev/sda1 |
修复损坏的文件系统，必须在卸载状态下执行，否则会破坏数据 |
5、其他实用文件系统命令
| 命令 | 核心作用 | 典型用法 | 解析 | |
|---|---|---|---|---|
find |
查找文件 | find /home -name "*.log" |
按文件名 / 大小 / 时间等条件搜索文件，功能比 ls 强大，适合批量定位文件 |
|
ln |
link | 创建链接 | ln -s target linkname |
-s 创建软链接（快捷方式）；不加 -s 是硬链接，多个文件名指向同一 inode |
stat |
status | 查看文件详细元数据 | stat test.txt |
显示文件大小、inode 号、权限、访问 / 修改 / 改变时间等底层信息 |
diff |
difference | 对比文件差异 | diff file1.txt file2.txt |
输出两个文件的内容差异，适合排查配置文件变更 |