linux檔案是什麼樣的
- 青灯夜游原創
- 2022-11-09 19:54:021235瀏覽
linux檔案就是目錄（檔案）。為了方便管理檔案和目錄，Linux系統將它們組織成一個以根目錄「/」開始的倒置的樹狀結構。 Linux中的目錄和Windows系統中的資料夾類似，不同之處在於，Linux系統中的目錄也被當作檔案看待。
本教學操作環境：linux7.3系統、Dell G3電腦。
linux檔案就是目錄（檔案）。
為了方便管理檔案和目錄，Linux 系統將它們組織成一個以根目錄 / 開始的倒置的樹狀結構。 Linux 中的目錄，和 Windows 系統中的資料夾類似，不同之處在於，Linux 系統中的目錄也被當作檔案看待。
在 Linux 作業系統中，所有的檔案和目錄都被組織成以一個根節點「/」開始的倒置的樹狀結構，如圖 1 所示。
圖1 Linux 系統檔案與目錄組織示意圖
其中，目錄就相當於Windows 中的資料夾，目錄中存放的既可以是文件，也可以是其他的子目錄，而檔案中儲存的是真正的資訊。
檔案系統的最頂層是由根目錄開始的，系統使用“/”來表示根目錄，在根目錄之下的既可以是目錄，也可以是文件，而每一個目錄中又可以包含（子）目錄或檔案。如此反覆就可以構成一個龐大的檔案系統。
其實，使用這種樹狀、具有層次的檔案結構主要目的是方便檔案系統的管理和維護，想像一下，如果所有的檔案都放在一個目錄下，其檔案系統的管理和維護將變成一場惡夢。
現實中也有許多類似的例子，例如在整個行政管理體制中，村民就相當於文件，他們住在一個村莊中，村莊就是存放村民的目錄。許多村莊又組成了個鄉，這個鄉就相當於儲存村的目錄，依此類推，最終就建構出了一個龐大的行政區域管理結構圖。
注意，目錄名稱或檔案名稱都是區分大小寫的，如 dog、DOG 和 Dog 為 3 個不同的目錄或檔案。完整的目錄或檔案路徑是由一連串的目錄名稱所組成的，其中每一個目錄由「/」來分隔。如 cat 的完整路徑是 /home/cat。
在檔案系統中，有兩個特殊的目錄，一個是使用者所在的工作目錄，即當前目錄，可用一個點「.」表示；另一個是當前目錄的上一層目錄，也叫父目錄，用兩點「..」表示。
如果一個目錄或檔案名稱是以一個點開始，就表示這個目錄或檔案是一個隱藏目錄或檔案。即以預設方式査找（後續會講查找指令）時，不顯示該目錄或檔案。
為了方便管理和維護，Linux 系統採用了檔案系統層次標準，也稱為FHS 標準，它規定了根目錄下各個目錄應該存在哪些類型的檔案（或子目錄），比如說，在/bin 和/sbin 目錄中存放的應該是可執行檔
linux檔案系統（filesystem）
首先簡單認識硬碟的實體結構，整體來說，硬碟結構包括： 碟片、磁頭、碟片主軸、控制馬達、磁頭控制器、資料轉換器、介面、快取等幾個部分。所有的盤片(一般硬碟裡有多個盤片，盤片之間平行)都固定在一個主軸上。在每個盤片的儲存面上都有一個磁頭，磁頭與盤片之間的距離很小(所以劇烈震動容易損壞)，磁頭連在一個磁頭控制器上，統一控制各個磁頭的運動。磁頭沿著盤片的半徑方向動作，而盤片則按照指定方向高速旋轉，這樣磁頭就可以到達盤片上的任意位置了。
一個磁碟由多個圓環組成，這些圓環就叫做磁軌，而一個磁軌又分成多個磁區（sector）一個一個磁區是512Byte，硬碟所有磁碟相同位置的圓環組成一個磁柱（Cylinder）。硬碟容量為：512Byte * 扇區數* 磁柱數*磁頭數
前面三個數都好理解，可能有人不理解乘以磁頭數是乾嘛，因為前面三個數相當於計算一個圓的儲存量，而一個磁頭讀取一個圓，所以乘以磁頭數量就等於圓面積乘以圓數量。
#磁碟分割的最小單位是磁柱(Cylinder)
磁碟的分割其實就是記錄一個分割區（partition）的起始磁柱與結束磁柱，而這些被記錄的資訊都存放在主要開機磁區( Master Boot Recorder, MBR )。事實上， MBR 就是在一塊硬碟的第零軌上面，這也是電腦開機之後要去利用該硬碟時， 必須讀取的第一個區域。
思考一個問題：MBR的大小是不是固定的？
我們這麼想，資料的儲存順序為 ： MBR 其他資料 。如果MBR的大小不固定，例如原來MBR存放了3個partition的訊息，現在我們要新增一個partition，會出現什麼後果？後果就是所有的「其他資料」都要順序的向後移動一個partition資訊的距離。是不是想到了數組的增刪了。所以我們希望將MBR固定，事實也是如此MBR被固定為只能存放4個partition的資訊。這樣似乎好多了，但是只有四個partition，夠用嗎？設計者當然也想到了這個問題，所以將partition分為Primary和Extended兩類(E最多只能有一個)。其中P是可以直接使用的，而E不能直接使用，E相當於一個指針，指向擴充的partition的位置資訊儲存處。
filesystem也即檔案系統，每個oartition都可以由自己的filesystem，例如fat32， ntfs之類的
不同的partuition雖然filesystem不一樣，但是都是用來儲存資料的。前面我們介紹了硬碟的最小儲存單元為sector（磁區，一般為512Byte），但是filesystem的最小儲存單元不是sector而是block。 block是sector的2的次方倍數，磁頭一次讀取一個block的資料。所以如果block過小，則讀取一個檔案時磁頭需要讀取較多數量的block，這樣效率很低，但是block也不能過大，應為一個block中只能存在一個檔案，例如block大小為100M ，那麼如果有100.1M的文件，則需要佔用兩個block，浪費了大量空間。
每個filesystem中的第一個block稱為superblock。 superblock的作用是儲存filesystem的大小，空的和填滿的區塊以及其他的總書和諸如此類的資訊。也就是說如果你要使用一個filesystem的時候，第一個要經過的就是superblock這個塊了，如果superblock壞了，這個partition大概也回天乏術了。
#我們既然是學習linux，自然要學習linux的filessystem，我們以linux最標準的EXT2做說明。
EXT2中的filesystem分為inode區和block區，其中inode儲存檔案的相關屬性等信息，而block區儲存檔案的內容，每個inode都充當指針pointer的作用，它能描述文件的相關屬性並指向該檔案所在block的位置。 blocks與inodes的數量在一開始格式化的時候就已經固定了。
整個filesystem示意圖：
- SuperBlock：如前所述， Superblock 是記錄整個filesystem 相關資訊的地方， 沒有Superblock ，就沒有這個filesystem 了。他所記錄的資訊主要有：
- block 與inode 的總量；
- 未使用與已使用的inode / block 數量；
- 一個block 與一個inode 的大小;
- filesystem 的掛載時間、最近一次寫入資料的時間、最近一次檢驗磁碟(fsck) 的時間等檔案系統的相關資訊；
- 一個valid bit 數值，若此檔案系統已掛載，則valid bit 為0 ，若未被掛載，則valid bit 為1 。
- Group Description：紀錄此block 由由何處開始記錄；
- Block bitmap：此處記錄那個block 有沒有被使用；
- # Inode bitmap：此處記錄那個inode 有沒有被使用；
- Inode table：為每個inode 資料存放區；
- Data Blocks：為每個block 資料存放區。
#我們知道硬碟的存取速度相對於記憶體來說是很慢的，linux為了提高整體的速度，採用非同步處理的方式。
什麼是非同步呢？舉例來說：『當系統讀取了某一個檔案， 則該檔案所在的區塊資料會被載入到記憶體當中，所以該磁碟區塊就會被放置在主記憶體的緩衝快取區中， 若這些區塊的資料被改變時，剛開始資料僅有主記憶體的區塊資料會被改變， 而且在緩衝區當中的區塊資料會被標記為『 Dirty ’，這個時候磁碟實體區塊尚未被修正！所以也即表示，這些『 Dirty 』區塊的資料必需回寫到磁碟當中， 以維持磁碟實體區塊上的資料與主記憶體中的區塊資料的一致性。 ’
所以linux的關機真的要注意，否則可能會造成檔案的遺失甚至是磁碟的損毀！ ！ ！
所以linux的關機真的要注意，否則可能會造成檔案的遺失甚至是磁碟的損毀！ ！ ！
#我們上面提到的都是關於檔案系統(filesystem)，但要能夠讓我們的Linux 使用的話， 非得『掛載(mount)』上我們的Linux 系統才行啊！剛剛我們上面提到了目錄可以記錄檔案名稱與 inode 的相關信息，此外， 目錄也是讓我們得以跟 filesystem 產生對應的入口點。因此，我們稱那個入口點目錄為『掛載點 (mount point) 』
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