来自 服务器&运维 2020-03-02 00:39 的文章
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诠释 Linux 中“一切都是文件”概念和相应的文件类型

在 Unix 和它衍生的比如 Linux 系统中,一切都可以看做文件。虽然它仅仅只是一个泛泛的概念,但这是事实。如果有不是文件的,那它一定是正运行的进程。

当使用Linux命令对文件进行操作时,就可访问存储在一个结构化环境中的信息。所有这些信息都存放在一个分层的结构中,可以方便且有条不紊地管理数据。重要的是,不仅应学会如何访问这些数据,而且应学会如何控制对信息的访问。对文件与目录进行管理和维护可能是每个用户最经常做的工作。

要理解这点,可以举个例子,您的根目录(/)的空间充斥着不同类型的 Linux 文件。当您创建一个文件或向系统传输一个文件时,它会在物理磁盘上占据的一些空间,而且是一个特定的格式(文件类型)。

导读 在 Unix 和它衍生的比如 Linux 系统中,一切都可以看做文件。虽然它仅仅只是一个泛泛的概念,但这是事实。如果有不是文件的,那它一定是正运行的进程。

文件系统概念 磁盘上的文件系统是层次结构的,由若干目录和其子目录组成,最上层的目录称为根(root)目录,用"/"表示。

虽然 Linux 系统中文件和目录没有什么不同,但目录还有一个重要的功能,那就是有结构性的分组存储其它文件,以方便查找访问。所有的硬件组件都表示为文件,系统使用这些文件来与硬件通信。

要理解这点,可以举个例子,您的根目录(/)的空间充斥着不同类型的 Linux 文件。当您创建一个文件或向系统传输一个文件时,它会在物理磁盘上占据的一些空间,而且是一个特定的格式(文件类型)。 虽然 Linux 系统中文件和目录没有什么不同,但目录还有一个重要的功能,那就是有结构性的分组存储其它文件,以方便查找访问。所有的硬件组件都表示为文件,系统使用这些文件来与硬件通信。 这些思想是对 Linux 中的各种事物的重要阐述,因此像文档、目录(Mac OS X 和 Windows 系统下称之为文件夹)、键盘、监视器、硬盘、可移动媒体设备、打印机、调制解调器、虚拟终端,还有进程间通信(IPC)和网络通信等输入/输出资源都是定义在文件系统空间下的字节流。 一切都可看作是文件,其最显著的好处是对于上面所列出的输入/输出资源,只需要相同的一套 Linux 工具、实用程序和 API。 虽然在 Linux 中一切都可看作是文件,但也有一些特殊的文件,比如套接字和命令管道。 Linux 系统中有三种基本的文件类型:

  1. 文件与目录的定义

这些思想是对 Linux 中的各种事物的重要阐述,因此像文档、目录(Mac OS X 和 Windows 系统下称之为文件夹)、键盘、监视器、硬盘、可移动媒体设备、打印机、调制解调器、虚拟终端,还有进程间通信(IPC)和网络通信等输入/输出资源都是定义在文件系统空间下的字节流。

  • 普通/常规文件
  • 特殊文件
  • 目录文件
  • 文件系统:它是磁盘上有特定格式的一片区域,操作系统通过文件系统可以方便地查询和访问其中所包含的磁盘块。
  • 文件:是指文件系统中存储数据的一个命名的对象。一个文件可以是空文件(即没有包含用户数据),但是它仍然为操作系统提供了其他信息。
  • 目录:其中包含许多文件项目的一类特殊文件。目录支持文件系统的层次结构。文件系统中的每个文件都登记在一个(或多个)目录中。
  • 子目录:被包含在另一个目录中的目录。包含子目录的目录称为父目录。除了root目录以外,所有的目录都是子目录,并且有它们的父目录。root目录就作为自己的父目录。
  • 文件名:用来标志文件的字符串,它保存在一个目录文件项中。
  • 路径名:由斜线(/)字符结合在一起的一个或多个文件名的集合。路径名指定一个文件在分层树形结构(即文件系统)中的位置。查看文件系统要使用一个参考点目录,它就称为当前工作目录。
  • 用15命令可以列出当前工作目录中包含的文件和子目录的名字,这是默认方式。
  • 文件名按照ASCH码顺序列出:以数字开头的文件名列在前面,然后是以大写字母开头的文件名,最后是以小写字母开头的文件名。

一切都可看作是文件,其最显著的好处是对于上面所列出的输入/输出资源,只需要相同的一套 Linux 工具、实用程序和 API。

普通/常规文件

  1. 文件结构
    文件是Linux操作系统处理信息的基本单位。所有软件都组织成文件。
    文件的成分:无论文件是一个程序、一个文档、一个数据库,还是一个目录,操作系统都会赋予它如下所示的同样的结构。
    ①索引节点:又称为I节点,是在文件系统结构中,包含相应文件信息的一个记录,这些信息包括文件权限、文件主、文件大小等。
    ②数据:文件的实际内容,它可以是空的,也可以非常大,并且有自己的结构。

虽然在 Linux 中一切都可看作是文件,但也有一些特殊的文件,比如套接字和命令管道。

它们是包含文本、数据、程序指令等数据的文件,其在 Linux 系统中是最常见的一种。包括如下:

命名文件:文件名保存在目录文件中。Linux的文件名几乎可以由ASCⅡ字符的任意组合构成,文件名最长可多达255个字符(某些较老的文件系统类型把文件名长度限制为14个字符)。下面的惯例会使你更加方便地管理文件。
①文件名应尽量简单,并且应反映出文件的内容。文件名几乎没有必要超过14个字符。
②除斜线(/)和空字符(AS口I字符)以外,文件名可以包含任意的ASCⅡ字符,因为那两个字符被核心当做表示路径名的特殊字符来解释。
③习惯上允许使用下线符(_)和句点(.)来区别文件的类型,使文件名更易读,但是应避免使用以下字符,因为对系统的shen来说,它们有特殊的含义。这些字符是:
; | < > ` “ ‘ $ ! % & * ? ( ) [ ]
此外,文件名应避免使用空格、制表符或其他控制字符。
④同类文件应使用同样的后缀或扩展名。
⑤Linux系统区分文件名的大小写,如名为letter的文件与名为Letter的文件不是同一个文件。
⑥以圆点(.)开头的文件名是隐含文件,在默认方式下,使用15命令并不能把它们在屏幕上显示出来。

Linux 文件类型的不同之处?

Linux 系统中有三种基本的文件类型:

  • 普通/常规文件
  • 特殊文件
  • 目录文件
  • 可读文件
  • 二进制文件
  • 图像文件
  • 压缩文件等等

文件类型操作系统支持以下文件类型:普通文件、目录文件、设备文件及符号链接文件。

普通/常规文件

它们是包含文本、数据、程序指令等数据的文件,其在 Linux 系统中是最常见的一种。包括如下:

  • 可读文件
  • 二进制文件
  • 图像文件
  • 压缩文件等等

特殊文件

普通文件
普通文件也称为常规文件,包含各种长度的字符串。核心对这些数据没有进行结构化,只是作为有序的字符序列把它提交给应用程序。应用程序自己组织和解释这些数据,通常把它们归并为下述类型之一。

特殊文件

特殊文件包括以下几种:

块文件block:设备文件,对访问系统硬件部件提供了缓存接口。它们提供了一种通过文件系统与设备驱动通信的方法。

有关于块文件一个重要的性能就是它们能在指定时间内传输大块的数据和信息。

列出某目录下的块文件:

# ls -l /dev | grep "^b"

输出例子

brw-rw----  1 root disk        7,   0 May 18 10:26 loop0
brw-rw----  1 root disk        7,   1 May 18 10:26 loop1
brw-rw----  1 root disk        7,   2 May 18 10:26 loop2
brw-rw----  1 root disk        7,   3 May 18 10:26 loop3
brw-rw----  1 root disk        7,   4 May 18 10:26 loop4
brw-rw----  1 root disk        7,   5 May 18 10:26 loop5
brw-rw----  1 root disk        7,   6 May 18 10:26 loop6
brw-rw----  1 root disk        7,   7 May 18 10:26 loop7
brw-rw----  1 root disk        1,   0 May 18 10:26 ram0
brw-rw----  1 root disk        1,   1 May 18 10:26 ram1
brw-rw----  1 root disk        1,  10 May 18 10:26 ram10
brw-rw----  1 root disk        1,  11 May 18 10:26 ram11
brw-rw----  1 root disk        1,  12 May 18 10:26 ram12
brw-rw----  1 root disk        1,  13 May 18 10:26 ram13
brw-rw----  1 root disk        1,  14 May 18 10:26 ram14
brw-rw----  1 root disk        1,  15 May 18 10:26 ram15
brw-rw----  1 root disk        1,   2 May 18 10:26 ram2
brw-rw----  1 root disk        1,   3 May 18 10:26 ram3
brw-rw----  1 root disk        1,   4 May 18 10:26 ram4
brw-rw----  1 root disk        1,   5 May 18 10:26 ram5
...

字符文件(Character): 也是设备文件,对访问系统硬件组件提供了非缓冲串行接口。它们与设备的通信工作方式是一次只传输一个字符的数据。

列出某目录下的字符文件:

# ls -l /dev | grep "^c"

输出例子

crw-------  1 root root       10, 235 May 18 15:54 autofs
crw-------  1 root root       10, 234 May 18 15:54 btrfs-control
crw-------  1 root root        5,   1 May 18 10:26 console
crw-------  1 root root       10,  60 May 18 10:26 cpu_dma_latency
crw-------  1 root root       10, 203 May 18 15:54 cuse
crw-------  1 root root       10,  61 May 18 10:26 ecryptfs
crw-rw----  1 root video      29,   0 May 18 10:26 fb0
crw-rw-rw-  1 root root        1,   7 May 18 10:26 full
crw-rw-rw-  1 root root       10, 229 May 18 10:26 fuse
crw-------  1 root root      251,   0 May 18 10:27 hidraw0
crw-------  1 root root       10, 228 May 18 10:26 hpet
crw-r--r--  1 root root        1,  11 May 18 10:26 kmsg
crw-rw----+ 1 root root       10, 232 May 18 10:26 kvm
crw-------  1 root root       10, 237 May 18 10:26 loop-control
crw-------  1 root root       10, 227 May 18 10:26 mcelog
crw-------  1 root root      249,   0 May 18 10:27 media0
crw-------  1 root root      250,   0 May 18 10:26 mei0
crw-r-----  1 root kmem        1,   1 May 18 10:26 mem
crw-------  1 root root       10,  57 May 18 10:26 memory_bandwidth
crw-------  1 root root       10,  59 May 18 10:26 network_latency
crw-------  1 root root       10,  58 May 18 10:26 network_throughput
crw-rw-rw-  1 root root        1,   3 May 18 10:26 null
crw-r-----  1 root kmem        1,   4 May 18 10:26 port
crw-------  1 root root      108,   0 May 18 10:26 ppp
crw-------  1 root root       10,   1 May 18 10:26 psaux
crw-rw-rw-  1 root tty         5,   2 May 18 17:40 ptmx
crw-rw-rw-  1 root root        1,   8 May 18 10:26 random

符号链接文件(Symbolic link ): 符号链接是指向系统上其他文件的引用。因此,符号链接文件是指向其它文件的文件,那些文件可以是目录或常规文件。

列出某目录下的符号链接文件:

# ls -l /dev/ | grep "^l"

输出例子

lrwxrwxrwx  1 root root             3 May 18 10:26 cdrom -> sr0
lrwxrwxrwx  1 root root            11 May 18 15:54 core -> /proc/kcore
lrwxrwxrwx  1 root root            13 May 18 15:54 fd -> /proc/self/fd
lrwxrwxrwx  1 root root             4 May 18 10:26 rtc -> rtc0
lrwxrwxrwx  1 root root             8 May 18 10:26 shm -> /run/shm
lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stderr -> /proc/self/fd/2
lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stdin -> /proc/self/fd/0
lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stdout -> /proc/self/fd/1

Linux 中使用 ln 工具就可以创建一个符号链接文件,如下所示:

# touch file1.txt
# ln -s file1.txt /home/tecmint/file1.txt  [创建符号链接文件]
# ls -l /home/tecmint/ | grep "^l"         [列出符号链接文件]

在上面的例子中,首先我们在 /tmp 目录创建了一个名叫 file1.txt 的文件,然后创建符号链接文件,将/home/tecmint/file1.txt 指向 /tmp/file1.txt 文件。

管道Pipe和命令管道Named pipe : 将一个进程的输出连接到另一个进程的输入,从而允许进程间通信(IPC)的文件。

命名管道实际上是一个文件,用来使两个进程彼此通信,就像一个 Linux 管道一样。

列出某目录下的管道文件:

# ls -l | grep "^p"

输出例子:

prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe1
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe2
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe3
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe4
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe5

在 Linux 中可以使用 mkfifo 工具来创建一个命名管道,如下所示:

# mkfifo pipe1
# echo "This is named pipe1" > pipe1

在上的例子中,我们创建了一个名叫 pipe1 的命名管道,然后使用 echo 命令 加入一些数据,这之后在处理输入的数据时 shell 就变成非交互式的了(LCTT 译注:被管道占住了)。

然后,我们打开另外一个 shell 终端,运行另外的命令来打印出刚加入管道的数据。

# while read line ;do echo "This was passed-'$line' "; done<pipe1

套接字文件(socket): 提供进程间通信方法的文件,它们能在运行在不同环境中的进程之间传输数据和信息。

这就是说,套接字可以为运行网络上不同机器中的进程提供数据和信息传输。

一个 socket 运行的例子就是网页浏览器连接到网站服务器的过程。

# ls -l /dev/ | grep "^s"

输出例子:

srw-rw-rw-  1 root root             0 May 18 10:26 log

下面是使用 C 语言编写的调用 socket() 系统调用的例子。

int socket_desc= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );

上例中:

  • AF_INET 指的是地址域(IPv4)
  • SOCK_STREAM 指的是类型(默认使用 TCP 协议连接)
  • 0 指协议(IP 协议)

使用 socket_desc 来引用管道文件,它跟文件描述符是一样的,然后再使用系统函数 read() 和 write() 来分别从这个管道文件读写数据。

特殊文件包括以下几种:

  • 文本文件:它由ASCⅡ字符构成。例如,信件、报告和称为脚本(script)的命令文本文件,后者由shell解释执行。
  • 数据文件:它由来自应用程序的数字型和文本型数据构成。例如,电子表格、数据库及字处理文档。
  • 可执行的二进制程序:它由机器指令和数据构成,例如,已经学过的系统命令。命令文本文件也是可执行的。

目录文件

这是一些特殊的文件,既可以包含普通文件又可包含其它的特殊文件,它们在 Linux 文件系统中是以根(/)目录为起点分层组织存在的。

列出某目录下的目录文件:

# ls -l / | grep "^d"

输出例子:

drwxr-xr-x   2 root root  4096 May  5 15:49 bin
drwxr-xr-x   4 root root  4096 May  5 15:58 boot
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Apr 11  2015 cdrom
drwxr-xr-x  17 root root  4400 May 18 10:27 dev
drwxr-xr-x 168 root root 12288 May 18 10:28 etc
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Apr 11  2015 home
drwxr-xr-x  25 root root  4096 May  5 15:44 lib
drwxr-xr-x   2 root root  4096 May  5 15:44 lib64
drwx------   2 root root 16384 Apr 11  2015 lost+found
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Apr 10  2015 media
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Feb 23 17:54 mnt
drwxr-xr-x  16 root root  4096 Apr 30 16:01 opt
dr-xr-xr-x 223 root root     0 May 18 15:54 proc
drwx------  19 root root  4096 Apr  9 11:12 root
drwxr-xr-x  27 root root   920 May 18 10:54 run
drwxr-xr-x   2 root root 12288 May  5 15:57 sbin
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Dec  1  2014 srv
dr-xr-xr-x  13 root root     0 May 18 15:54 sys
drwxrwxrwt  13 root root  4096 May 18 17:55 tmp
drwxr-xr-x  11 root root  4096 Mar 31 16:00 usr
drwxr-xr-x  12 root root  4096 Nov 12  2015 var

您可以使用 mkdir 命令来创建一个目录。

# mkdir -m 1666 tecmint.com
# mkdir -m 1666 news.tecmint.com
# mkdir -m 1775 linuxsay.com

块文件(block)

可以使用file命令来确定指定文件的类型。该命令可以将任意多个文件名当做参数,其一般使用格式是:
file文件名【文件名…】

结论

现在应该对为什么 Linux 系统中一切都是文件以及 Linux 系统中可以存在哪些类型的文件有一个清楚的认识了。

您可以通过阅读更多有关各个文件类型的文章和对应的创建过程等来增加更多知识。我希望这篇教程对您有所帮助。有任何疑问或有补充的知识,请留下评论,一起来讨论。

块文件(block):设备文件,对访问系统硬件部件提供了缓存接口。它们提供了一种通过文件系统与设备驱动通信的方法。 有关于块文件一个重要的性能就是它们能在指定时间内传输大块的数据和信息。 列出某目录下的块文件:

目录文件 目录文件是一种特别文件,利用它可以构成文件系统的分层树状结构。如同普通文件那样,目录文件也包含数据,但目录文件与普通文件的差别是:核心对这些数据进行结构化处理,即它是由成对的“Ⅰ节点号/文件名”构成的列表。
(1)Ⅰ节点号是检索I节点表的下标,Ⅰ节点中存放有文件的状态信息。
(2)文件名是给一个文件分配的文本形式的字符串,用来标记该文件。在一个指定的目录中,任何两项都不能有同样的名字。
每个目录的第一项都表示目录本身,并以“点(.)”作为它的文件名。每个目录的第二项的名字是“点点(..)",表示该目录的父目录。
应记住,以“.”开头的文件名表示隐含文件,使用带-a选项的ls命令可以列出它们。
当把文件添加到一个目录中时,该目录的尺寸会增大,以便容纳新文件名。当删除文件时,目录的尺寸并不减小,而是核心对该目录项做上特殊标记,以便下次添加一个文件时重新使用它。ls命令不会列出这些未被使用的项。
例如,利用以一F命令可以显示当前目录的内容:
# ls -ai
应注意,所列出的前两项分别表示当前目录和其父目录。请查看是否有其他的隐含文件。如果使用不带-a选项的ls命令,则隐含文件不再被显示出来。如果使用不带 –i 选项的ls命令,则文件的I节点号不再出现。
使用ls –d 命令,则只能看到当前目录下的各子目录名。

# ls -l /dev | grep "^b"

设备文件 设备文件是一种特别文件,除了在其文件Ⅰ节点中存放有属性信息外,它们不包含任何数据。系统利用它们来标记各个设备驱动器,核心使用它们与硬件设备通信。有两类特别设备文件,它们对应不同类型的设备驱动器。
(1)字符设备—最常用的设备类型,允许I/O传送任意大小的数据,取决于设备本身的容量。使用这种接口的设备包括终端、打印机及鼠标。
(2)块设备—这类设备利用核心缓冲区的自动缓存机制。缓冲区进行I/O传送总是以KB为单位。使用这种接口的设备包括硬盘、软盘和RAM盘。
设备文件的一个示例是当前正在使用的终端文件。tty命令可以显示出这个文件名,例如:
# tty
/dev/tty01
通常,设备文件存放在/dev目录之下。

输出例子

符号链接文件 符号链接文件是一种特殊文件,提供对其他文件的参照。它们存放的数据是文件系统中通向文件的路径。当使用符号链接文件时,核心自动访问所保存的这个路径。

brw-rw----  1 root disk        7,   0 May 18 10:26 loop0
brw-rw----  1 root disk        7,   1 May 18 10:26 loop1
brw-rw----  1 root disk        7,   2 May 18 10:26 loop2
brw-rw----  1 root disk        7,   3 May 18 10:26 loop3
brw-rw----  1 root disk        7,   4 May 18 10:26 loop4
brw-rw----  1 root disk        7,   5 May 18 10:26 loop5
brw-rw----  1 root disk        7,   6 May 18 10:26 loop6
brw-rw----  1 root disk        7,   7 May 18 10:26 loop7
brw-rw----  1 root disk        1,   0 May 18 10:26 ram0
brw-rw----  1 root disk        1,   1 May 18 10:26 ram1
brw-rw----  1 root disk        1,  10 May 18 10:26 ram10
brw-rw----  1 root disk        1,  11 May 18 10:26 ram11
brw-rw----  1 root disk        1,  12 May 18 10:26 ram12
brw-rw----  1 root disk        1,  13 May 18 10:26 ram13
brw-rw----  1 root disk        1,  14 May 18 10:26 ram14
brw-rw----  1 root disk        1,  15 May 18 10:26 ram15
brw-rw----  1 root disk        1,   2 May 18 10:26 ram2
brw-rw----  1 root disk        1,   3 May 18 10:26 ram3
brw-rw----  1 root disk        1,   4 May 18 10:26 ram4
brw-rw----  1 root disk        1,   5 May 18 10:26 ram5
...

图片 1

字符文件(Character)

字符文件(Character): 也是设备文件,对访问系统硬件组件提供了非缓冲串行接口。它们与设备的通信工作方式是一次只传输一个字符的数据。 列出某目录下的字符文件:

# ls -l /dev | grep "^c"

输出例子

crw-------  1 root root       10, 235 May 18 15:54 autofs
crw-------  1 root root       10, 234 May 18 15:54 btrfs-control
crw-------  1 root root        5,   1 May 18 10:26 console
crw-------  1 root root       10,  60 May 18 10:26 cpu_dma_latency
crw-------  1 root root       10, 203 May 18 15:54 cuse
crw-------  1 root root       10,  61 May 18 10:26 ecryptfs
crw-rw----  1 root video      29,   0 May 18 10:26 fb0
crw-rw-rw-  1 root root        1,   7 May 18 10:26 full
crw-rw-rw-  1 root root       10, 229 May 18 10:26 fuse
crw-------  1 root root      251,   0 May 18 10:27 hidraw0
crw-------  1 root root       10, 228 May 18 10:26 hpet
crw-r--r--  1 root root        1,  11 May 18 10:26 kmsg
crw-rw----+ 1 root root       10, 232 May 18 10:26 kvm
crw-------  1 root root       10, 237 May 18 10:26 loop-control
crw-------  1 root root       10, 227 May 18 10:26 mcelog
crw-------  1 root root      249,   0 May 18 10:27 media0
crw-------  1 root root      250,   0 May 18 10:26 mei0
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