Linux系统知识简介

Linux系统知识简介

目录

1 案例描述 (2)

2 案例分析 (2)

2.1 Linux基本结构 (2)

2.2 文件系统类型 (2)

2.3 Linux的文件类型及文件属性 (6)

2.4 Linux系统目录结构 (7)

关键词：

Linux基本结构、文件系统类型、文件类型、目录结构

摘要：

本案例主要介绍了Linux系统的基本结构、支持的文件系统类型、文件类型及属性和目录结构

1 案例描述

由于视频会议平台是基于Linux操作系统开发的，并在其上运行，本案例对Linux系统一些基础知识简要介绍，希望能够促进对Linux的掌握，进而对测试起到帮助。

2 案例分析

2.1 Linux基本结构

Linux操作系统从结构上划分为四部分：内核、运行期库和系统程序、SHELL、实用工具程序。

2.1.1 Linux内核

内核是系统的内脏，是运行程序和管理像磁盘、打印机等硬件设备的核心程序。主要包括文件管理、设备管理、内存管理、模块管理、网络管理、进程管理。

2.1.2 运行期库和系统程序

封装了内核向外提供的功能接口，将这些功能加入一定的权限检查后，通过自身的应用接口提供个一般的用户进程使用。

2.1.3 Linux Shell

Shell是个系统程序，是一个命令解释器。Linux支持的常见的Shell：

1）Bourne Shell:贝尔实验室开发

2）BASH:GNU（GNU Is Not UNIX）的Bourne Again Shell，缺省

3）Korn Shell：是对Bourne Shell的发展，与Bourne Shell兼容

4）C Shell：SUN公司Shell的BSD（Berkeley Software Distribution）版本

2.1.4 实用工具程序

用户用来完成特定工作的程序，比如Open Office。

2.2 文件系统类型

以root用户登陆Linux，进入/lib/modules/2.6.18-194.e15/kernel/fs目录执行命令（不同Linux发行版本的fs目录有些不同你可以用查找fs文件夹的方法找到它）：

常用的文件系统的发展情况介绍如下：

1）ext

ext是第一个专门为Linux的文件系统类型，叫做扩展文件系统。它在1992年4月完成的。它为Linux的发展取得了重要作用。但是在性能和兼容性上存在许多缺陷。现在已经很少使用了。

2）ext2

ext2是为解决ext文件系统的缺陷而设计的可扩展的高性能的文件系统。又被称为二级扩展文件系统。它是在1993年发布的,设计者是Rey Card。ext2是Linux文件系统类型中使用最多的格式。并且在速度和CPU利用率上较突出，是GNU/Linux 系统中标准的文件系统，其特点为存取文件的性能极好，对于中小型的文件更显示出优势，这主要得利于其簇快取层的优良设计。ext2 可以支持256

字节的长文件名，其单一文件大小与文件系统本身的容量上限与文件系统本身的簇大小有关，在一般常见的Intel x86兼容处理器的系统中，簇最大为4KB, 则单一文件大小上限为2048GB, 而文件系统的容量上限为6384GB。尽管Linux可以支持种类繁多的文件系统，但是2000年以前几乎所有的Linux发行版都用ext2作为默认的文件系统。

ext2的缺点：ext2的设计者主要考虑的是文件系统性能方面的问题。ext2在写入文件内容的同时并没有同时写入文件的meta-data （和文件有关的信息，例如：权限、所有者以及创建和访问时间）。换句话说，Linux先写入文件的内容，然后等到有空的时候才写入文件的meta- data。这样若出现写入文件内容之后但在写入文件的meta-data之前系统突然断电，就可能造成在文件系统就会处于不一致的状态。在一个有大量文件操作的系统中出现这种情况会导致很严重的后果。另外但由于目前核心2.4 所能使用的单一分割区最大只有2048GB，尽管文件系统的容量上限为6384G但是实际上能使用的文件系统容量最多也只有2048GB。

3）ext3

ext3是由开放资源社区开发的日志文件系统，主要开发人员是Stephen tweedie。ext3被设计成是ext2的升级版本，尽可能地方便用户从ext2fs向ext3fs迁移。ext3在ext2的基础上加入了记录元数据的日志功能，努力保持向前和向后的兼容性。这个文件系统被称为ext2的下一个版本。也就是在保有目前ext2 的格式之下再加上日志功能。ext3是一种日志式文件系统。日志式文件系统的优越性在于：由于文件系统都有快取层参与运作，如不使用时必须将文件系统卸下，以便将快取层的资料写回磁盘中。因此每当系统要关机时，必须将其所有的文件系统全部卸下后才能进行关机。如果在文件系统尚未卸下前就关机(如停电) 时，下次重开机后会造成文件系统的资料不一致，故这时必须做文件系统的重整工作，将不一致与错误的地方修复。然而，此一重整的工作是相当耗时的，特别是容量大的文件系统，而且也不能百分之百保证所有的资料都不会流失。故这在大型的伺服器上可能会造成问题。

ext3的缺点：其最大的缺点是没有现代文件系统所具有的能提高文件数据处理速度和解压的高性能，另外使用ext3文件系统时要注意硬盘限额问题,在这个问题解决之前,不推荐在重要的企业应用上采用ext3+disk quota（磁盘配额）。

4）ext4

ext4是一种针对ext3系统的扩展日志式文件系统,是专门为Linux 开发的原始的扩展文件系统（ext 或extfs）的第四版。Linux kernel 自2.6.28 开始正式支持新的文件系统ext4。ext4 是ext3 的改进版，修改了ext3 中部分重要的数据结构，而不仅仅像ext3 对ext2 那样，只是增加了一个日志功能而已。ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，还有更为丰富的功能。

相对于ext3,特点如下：

1. 与ext3 兼容。执行若干条命令，就能从ext3 在线迁移到ext4，而无须重新格式化磁盘或重新安装系统。原有ext3数据结构照样保留，ext4 作用于新数据，当然，整个文件系统因此也就获得了ext4 所支持的更大容量。

2. 更大的文件系统和更大的文件。较之ext3 目前所支持的最大16TB 文件系统和最大2TB 文件，ext4 分别支持1eB（1,048,576TB，1eB=1024PB，1PB=1024TB）的文件系统，以及16TB 的文件。

3. 无限数量的子目录。ext3 目前只支持32,000 个子目录，而ext4 支持无限数量的子目录。

4. extents。ext3 采用间接块映射，当操作大文件时，效率极其低下。比如一个100MB 大小的文件，在ext3 中要建立25,600 个数据块（每个数据块大小为4KB）的映射表。而ext4 引入了现代文件系统中流行的extents 概念，每个extent 为一组连续的数据块，上述文件则表示为“该文件数据保存在接下来的25,600 个数据块中”，提高了不少效率。

5. 多块分配。当写入数据到ext3 文件系统中时，ext3 的数据块分配器每次只能分配一个4KB 的块，写一个100MB 文件就要调用25,600 次数据块分配器，而ext4 的多块分配器“multiblock allocator”（mballoc）支持一次调用分配多个数据块。

6. 延迟分配。ext3 的数据块分配策略是尽快分配，而ext4 和其它现代文件操作系统的策略是尽可能地延迟分配，直到文件在cache 中写完才开始分配数据块并写入磁盘，这样就能优化整个文件的数据块分配，与前两种特性搭配起来可以显著提升性能。

7. 快速fsck。以前执行fsck 第一步就会很慢，因为它要检查所有的inode，而现在ext4 给每个组的inode 表中都添加了一份未使用inode 的列表，今后fsck ext4 文件系统就可以跳过它们而只去检查那些在用的inode 了。

8. 日志校验。日志是最常用的部分，也极易导致磁盘硬件故障，而从损坏的日志中恢复数据会导致更多的数据损坏。ext4 的日志校验功能可以很方便地判断日志数据是否损坏，而且它将ext3 的两阶段日志机制合并成一个阶段，在增加安全性的同时提高了性能。

9. “无日志”（No Journaling）模式。日志总归有一些开销，ext4 允许关闭日志，以便某些有特殊需求的用户可以借此提升性能。

10. 在线碎片整理。尽管延迟分配、多块分配和extents 能有效减少文件系统碎片，但碎片还是不可避免会产生。ext4 支持在线碎片整理，并将提供e4defrag 工具进行个别文件或整个文件系统的碎片整理。

11. inode 相关特性。ext4 支持更大的inode，较之ext3 默认的inode 大小128 字节，ext4 为

了在inode 中容纳更多的扩展属性（如纳秒时间戳或inode 版本），默认inode 大小为256 字节。ext4 还支持快速扩展属性（fast extended attributes）和inode 保留（inodes reservation）。

12. 持久预分配（Persistent preallocation）。P2P 软件为了保证下载文件有足够的空间存放，常常会预先创建一个与所下载文件大小相同的空文件，以免未来的数小时或数天之内磁盘空间不足导致下载失败。ext4 在文件系统层面实现了持久预分配并提供相应的API（libc 中的posix_fallocate()），比应用软件自己实现更有效率。

13. 默认启用barrier。磁盘上配有内部缓存，以便重新调整批量数据的写操作顺序，优化写入性能，因此文件系统必须在日志数据写入磁盘之后才能写commit 记录，若commit 记录写入在先，而日志有可能损坏，那么就会影响数据完整性。ext4 默认启用barrier，只有当barrier 之前的数据全部写入磁盘，才能写barrier 之后的数据。（可通过"mount -o barrier=0" 命令禁用该特性。）5）xfs

xfs是一种非常优秀的日志文件系统，它是SGI公司设计的。xfs被称为业界最先进的、最具可升级性的文件系统技术。它是一个全64位,快速、稳固的日志文件系统，多年用于SGI的IRIX操作系统。sgi决定支持Linux社区，将关键的基本架构技术授权于Linux。它以开放资源形式发布了他们自己拥有的xfs的源代码，并开始进行移植。此工作进展得很快，目前已进入beta版阶段。作为一个64位文件系统，xfs可以支持超大数量的文件（9g×1gb，甚至更大的18g×1gb），可在大型2d 和3d 数据方面提供显着的性能。xfs有能力预测其它文件系统薄弱环节，同时xfs提供了在不妨碍性能的情况下增强可靠性和快速的事故恢复。SGI的xfs可为linux和开放资源社区带来的新特性有：可升级性：xfs被设计成可升级，以面对大多数的存储容量和i/o存储需求，可处理大型文件和包含巨大数量文件的大型目录，满足二十一世纪快速增长的磁盘需求。xfs有能力动态地为文件分配索引空间，使系统形成高效支持大数量文件的能力。在它的支持下，用户可使用1exabyte （1g ×1gb）大的文件，远远大于现在最大的文件系统。优秀的i/o 性能：典型的现代服务器使用大型的条带式磁盘阵列，以提供达数gb/秒的总带宽。xfs可以很好地满足I/O请求的大小和并发I/O请求的数量。xfs 可作为root文件系统,并被lilo支持.在NFS服务器上使用也没问题.支持软件磁盘阵列（RAID）和虚拟集群（LVM）。

xfs的缺点：由于xfs比较复杂，实施起来有一些难度，所以目前xfs主要应用于Linux企业应用的高端。

其他文件系统简介：

Msdos：msdos 是在Dos、Windows和某些OS/2 操作系统上使用的一种文件系统，其名称采用“8+3”的形式，即8个字符的文件名加上3个字符的扩展名。

Vfat:vfat是Windows9x 和Windows NT/2000下使用的一种Dos文件系统，其在Dos 文件系统的基础上增加了对长文件名的支持。

Nfs：Sun公司推出的网络文件系统，允许多台计算机之间共享同一文件系统，易于从所有这些计算机上存取文件。

Proc:proc是Linux 系统中作为一种伪文件系统出现的，它用来作为连接内核数据结构的界面。

NTFS：微软Windows NT内核的系列操作系统支持的、一个特别为网络和磁盘配额、文件加密等管理安全特性设计的磁盘格式。

2.3 Linux的文件类型及文件属性

Linux有四种基本文件类型：普通文件、目录文件、链接文件和特殊文件，用file命令识别。

1）普通文件

如文本文件、C语言源代码、shell脚本等。可用cat、less、more、vi、emacs文本编辑工具来查看内容，用mv改名。

2）目录文件

包括文件名、子目录名及其指针。是Linux存储文件名的唯一地方，用ls命令列出目录文件。

3）链接文件

是指向同一索引节点的目录条目。用ls查看，链接文件的标志用l开头，而文件后面以“->”指向所链接的文件。

4）特殊文件

Linux的一些设备，如磁盘、终端、打印机等，都在文件系统中表现出来，这一类文件就是特殊文件，常放在/dev目录内。

例如：

Linux中文件的拥有者可以设置三种不同的访问权限：可读（r）、可写（w）和可执行（x）；文件具有三个不同的用户级别：文件拥有者（u）、所属的用户组（g）和系统里的其他用户（o）。

第一个字符显示文件的类型：

-：普通文件

d：目录文件

l：链接文件

c：字符设备

b：块设备

p：命名管道

f：堆栈文件

第一个字符之后的三个三位字符组分别对应的用户级别为文件拥有者（u）、所属的用户组（g）和系统里的其他用户（o）；若该用户组对此没有权限，用“-”显示。

备注：目录权限和文件权限有一定的区别，对于目录而言，r代表允许列出该目录下的文件和子目录，w代表允许生成和删除该目录下的文件，x代表允许访问该目录。

2.4 Linux系统目录结构

2.4.1 工作目录与用户主目录

目录是Linux系统组织文件的一种特殊文件。

从逻辑上讲，用户在登录到Linux系统中之后，每时每刻都处在某个目录之中，此目录被称做工作目录或当前目录（Working Directory）。工作目录是可以随时改变的。用户初始登录到系统中时，其主目录（Home Directory）就成为其工作目录。工作目录用“.”表示，其父目录用“..”表示。

用户主目录是系统管理员增加用户时创建起来的（以后也可以改变），每个用户都有自己的主目录，不同用户的主目录一般互不相同。用户刚登录到系统中时，其工作目录便是该用户主目录，通常与用户的登录名相同。

用户可以通过一个“~”字符来引用自己的主目录（/root）。

Shell将用用户主目录名来替换“~”字符。目录层次创建好之后，用户就可以把有关的文件放到相应的目录中，从而实现对文件的组织。

2.4.2 路径

顾名思义，路径是指从树型目录中的某个目录层次到某个文件的一条道路。此路径的主要构成是目录名称，中间用“/”分开。任一个文件在文件系统中的位置都是由相应的路径决定的。

用户在对文件进行访问时，要给出文件所在的路径。路径又分相对路径和绝对路径。绝对路径是指从“根”开始的路径，也称为完全路径；相对路径是从用户工作目录开始的路径。

应该注意到，在树型目录结构中到某个确定文件的绝对路径和相对路径均只有一条。绝对路径是确定不变的，而相对路径则随着用户工作目录的变化而不断变化。这一点对于我们以后使用某些命令如cp和tar等大有好处。

用户要访问一个文件时，可以通过路径名来引用，并且可以根据要访问的文件与用户工作目录的相对位置来引用它，而不需要列出这个文件的完整路径名。例如要查看/opt/mcu/下的startsrv.sh文件，可以使用以下两种命令：

[root@kedacom mcu]# cat /opt/mcu/startsrv.sh

[root@kedacom mcu]# cat startsrv.sh

2.4.3 目录结构的说明

1）/

/目录也称为根目录，位于linux文件系统目录结构的顶层。在很多系统中的唯一分区。如果还有其他分区，必须挂在到/目录下某个位置。整个目录结构呈树型结构，因此也称为目录树。

2）/bin

bin目录为命令文件目录，也称为二进制目录。包含了供系统管理员及普通用户使用的重要的linux命令和二进制（可执行）文件，包含shell解释器等，该目录不能包含子目录。

3）/boot

boot目录，该目录中存放系统的内核文件和引导装载程序文件。例如：RHEL5的内核文件：vmlinuz-2.6.18-8.el5xen。

4）/dev

dev目录，也称设备（device）文件目录，存放连接到计算机上的设备（终端、磁盘驱动器、光驱及网卡等）的对应文件，包括字符设备和块设备等。

5）/etc

etc目录存放系统的大部分配置文件和子目录。X Window系统的文件保存在/etc/X11子目录中，与网络有关的配置文件保存在/etc/sysconfig子目录中。该目录下的文件由系统管理员来使用，普通用户对大部分文件有只读权限。

6）/home

home目录中包含系统上各个用户的主目录，子目录名称即为各用户名。

7）/lib

lib目录下存放了各种编程语言库。典型的linux系统包含了C、C++和FORTRAN语言的库文件。用好这些语言开发的应用程序可以是使用这些库文件。这就使软件开发者能够利用那些预先写好并测试过的函数。/lib目录下的库映像文件可以用来启动系统并执行一些命令。目录/lib/modules包含了可加载的内核模块。/lib目录存放了所有重要的库文件，其他的库文件爱你则大部分存放在/usr/lib 目录下。

8）/lost+found

lost+found目录，在EXT2或EXT3文件系统中，当系统意外崩溃或机器意外关机，产生的一些文件碎片放在这里。在系统启动的过程中fsck工具会检查这里，并修复已经损坏的文件系统。有时系统发生问题，有很多的文件被移到这个目录中，可能会用手工的方法来修复，或者移动文件到运来的位置上。

9）/opt

opt目录表示的是可选择的意思，有些软件包也会被安装在这里，某些第三方应用程序通常安装在这个目录。

10）/root

root目录为系统管理员的主目录。

11）/usr

usr目录是linnux系统中最大的系统之一，很多系统中，该目录是最为独立分区挂载的。该目录中主要存放不经常变化的数据，以及系统下安装的应用程序目录。

12）/mnt

mnt目录主要用来临时挂载文件系统，为某些设备提供默认挂载点，如floppy，cdrom。这样当挂载了一个设备如光驱时，就可以通过访问目录/mnt/cdrom下的文件来访问相应的光驱上的文件了。

13）/proc

proc目录是一个虚拟的文件系统，该目录中的文件是内存中过的映像。可以通过查看该目录中的文件过去有关系统硬件运行的详细信息，例如使用more或者less命令查看/proc/interrupts文件以获取硬件中断（IRQ）信息，查看/proc/cpuinfo文件以获取CPU的型号、主频等信息。

14）/sbin

sbin目录下保存系统管理员或者root用户的命令文件。/usr/sbin存放了应用软件，/usr/local/sbin 存放了通用的根用户权限的命令。

15）/tmp

tmp目录存放了临时文件，一些命令和应用程序会用的到这个目录。该目录下的所有文件会被定时删除，以避免临时文件占满整个磁盘。

16）/var

var目录以及该目录下的子目录中通常保存经常变化的内容，如系统日志、邮件文件等。