Preliminaries

请确保您对cd、ls等命令有了一定的了解，懂得使用--help参数，如ls --help查看所有命令的详细参数和使用帮助。

本文将可能会用到以下命令：

• 基本操作：cd、ls、rm、mkdir、rmdir、pwd
• 文件创建、复制、移动删除：touch、cp、mv、rm
• 文件权限管理：chmod、chown、umask
• 文件查看、读写：vi、vim、gedit、cat
• 文件检索：find、whereis、which
• 用户管理：useradd、usermod、groupadd
• 磁盘管理：mount、umount、df、blkid、fdisk、ln

您并不需要立刻掌握它们，但在本文中它们将可能会被用到，所以看完本文你将会学会这些指令的部分用法。

文件系统

Linux是基于多用户的系统，若管理不当，很容易造成文件的损坏等问题。因此文件系统值得进行学习和记录：

• 文件的权限管理
• Linux的目录配置、各个目录的意义等

注：由于部分内容需要权限才能操作，因此下文所有命令默认情况下均在root用户下进行操作。

• 使用su root命令可以切换到root用户。

Linux系统的文件属性

使用cd /切换到主目录，键入命令ls -l，会得到以下内容：

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(以下数据在 "ubuntu 16.04 STL" 得到)
drwxr-xr-x   2 root root         4096 6月  26 20:16 bin
drwxr-xr-x   4 root root         4096 6月  26 20:17 boot
drwxrwxr-x   2 root root         4096 6月  26 20:10 cdrom
-rw-------   1 root root      9367552 6月  27 22:21 core
......(略)

各列意义分别为：<文件权限> <链接数> <所属拥有者> < 所属用户组> <文件大小> <修改日期 月:日:(年)-时:分:> <文件名>。

① 文件权限(permission)

此处显示的Linux的文件权限是一个10位的字符串，分为一个文件类型标识符和三组权限标识符，每组权限标识符有三位(rwx)：

• 以dev文件为例，其首位为【d】，表示这是一个目录(directory)——【d】【l】【-】【b】【c】分表表示“目录”、“链接”(link)、“文件”、“任意读写设备”(block)和“串口设备”(character)。

又例如，cd /dev查看sda文件的文件属性，会发现这是一个【b】文件。在Linux中，这是首位挂载的SATA硬盘，将在下文进行进一步的解读。

• 权限标识符分为三种【r】(read，权限代值为4)、【w】(write，权限代值为2)、【x】(execute，权限代值为1)。
• 一共有三组权限标识符。这三组权限标识符从左到右分别标示出了文件所有者、同用户组用户和其它人的权限。

如上文所显示的boot文件，它是一个目录，对于所有者root具有【rwx】(读写与执行)权限，对root用户组具有【rx】(读和执行)，其它用户对其可以【rx】。

• 需要注意的是，root用户对所有文件具有完全权限。也就是说root文件不受文件权限属性的限制。
• 目录和文件的rwx并不具有相同的意义，如对于一个文件test.sh，【r】权限表示其可以通过vi test.sh打开并读取、【x】权限可以利用./test.sh直接执行；对于一个目录test，【r】权限指的是目录子文件读取，如ls指令、【x】权限实际上指的是目录访问(access directory)，如cd ./test。

② 文件链接(link file)

文件属性的第二列表示有多少个文件链接到这个文件节点(inode)，这部分内容跟Linux的软连接和硬链接有关。将在下文中进行解释。

Linux系统中的文件权限管理

本节将会介绍三种命令chmod、chown、chgrp。

• chgrp是change group的缩写，即改变文件所属用户组，我们使用chgrp --help查看帮助：

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用法：chgrp [选项]... 用户组 文件...
　或：chgrp [选项]... --reference=参考文件 文件...
Change the group of each FILE to GROUP.
With --reference, change the group of each FILE to that of RFILE.

  -c, --changes          like verbose but report only when a change is made
  -f, --silent, --quiet  suppress most error messages
  -v, --verbose          output a diagnostic for every file processed
      --dereference      affect the referent of each symbolic link (this is
                         the default), rather than the symbolic link itself
  -h, --no-dereference   affect symbolic links instead of any referenced file
                         (useful only on systems that can change the
                         ownership of a symlink)
      --no-preserve-root  do not treat '/' specially (the default)
      --preserve-root    fail to operate recursively on '/'
      --reference=RFILE  use RFILE's group rather than specifying a
                         GROUP value
  -R, --recursive        operate on files and directories recursively

The following options modify how a hierarchy is traversed when the -R
option is also specified.  If more than one is specified, only the final
one takes effect.

  -H                     if a command line argument is a symbolic link
                         to a directory, traverse it
  -L                     traverse every symbolic link to a directory
                         encountered
  -P                     do not traverse any symbolic links (default)

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示例：
  chgrp staff /u            将/u的属组更改为"staff"。
  chgrp -hR staff /u        将/u及其子目录下所有文件的属组更改为"staff"。

• chown的用途相当广，某种程度上可以直接替换chgrp指令。使用示例：chown -R user:usergroup /test可以把文件/test的所属用户和用户组修改为user和usergroup，【-R】参数可以一并修改该目录下的所有文件。

• chmod用于修改文件权限，支持一系列的正则匹配方式。用的更多的方式是使用权限代值的方式修改文件权限：chmod 735 /test表示分别赋予权限【rwx】【-wx】【r-x】给用户、用户组和其他人。

权限代值：r=4、w=2、x=1；如果要赋予用户【rwx】的权限，即： 4+2+1=7，首位填7。

chmod还支持正则的操作方式，如chmod u=rwx,go=rx就会赋予权限【rwx】【r-x】【r-x】。
即chmod [options] <范围><操作符><权限符>[,<范围><操作符><权限符>... ] <文件或目录>。

chmod指令的正则Mode表

文件目录与配置、管理

① Filesystem Hierachy Standard(FHS)

因为Linux是一个多用户系统，为了方便更多的用户能够较好的协同，对文件的存放做出了规定，即FHS。概览如下：

根目录存放标准：

UNIX Software Resource(/usr)：

/var：

② 文件目录管理

相对路径与绝对路径、路径标识符：

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.        当前层目录
..       上一层目录
-        前一个目录
~        用户的主目录
~root    root用户的主目录

如，存在一个用户名为user的用户，执行cd ~命令将会进入到/home/user目录中、ls .将会列出当前目录所有的文件。

目录操作命令：

• cd 切换目录，如cd /。其为【change directory】的缩写。
• pwd 显示当前工作目录的绝对路径，其为【print working directory】的缩写。
• mkdir 创建一个目录，如mkdir /data将会在根目录下创建一个/data文件夹。
• rmdir 移除一个空目录。如果为非空目录，建议使用 rm -rf /data来移除一个非空目录/data。

③ 文件的创建、复制、删除与移动

• touch 实际上是修改文件的时间与日期，但经常用于创建一个新文件，如touch ./newfile.txt
• cp复制文件，如把当前层级的文件A移动到根目录下：cp A /。常用的参数【-p】，表示连文件的权限一同拷贝过去；【-r】用于把一个目录及目录里的子文件一同拷贝；【-i】如果目标地址已存在，会进行确认操作的询问。
• rm 删除文件。常用的如【-rf】，用于不询问的删除整个目录文件(由于该操作比较危险，请谨慎操作)。
• mv 移动文件，相当于Windows中的剪切操作。

此处再补充一个指令：

• umask用于指定、查看当前用户创建一个新文件时的默认权限。

键入umask -S：

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u=rwx,g=rwx,o=rx

对应的键入umask：

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0002

意思就是【others】缺了【w】(权限代值为2)。
使用命令umask 0022修改默认权限，再使用 umask -S 查看所设定的默认权限：

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u=rwx,g=rx,o=rx

④ 文件的查找

• which 命令可以查找一个可执行文件/脚本的位置，如which ls
• find 可以在指定的目录中搜寻文件，如find /bin -name ls；该命令功能比较强大，可用【–help】查看详细的参数，此处不赘述，常用的指令如【-name】可以指定目标文件的名字。
• whereis 该命令相较于find功能更简单，但速度较快，使用较简单；常用的参数如【-l】，可以指定要搜索的目录等。

⑤ 环境变量 $PATH

假如我有一个可执行文件存放在/usr/mybin中，我每次执行它时都要cd到这个文件夹然后再执行，就非常麻烦。在Windows中我们可以通过设置环境变量来告诉系统哪些路径下的文件是Shell的一级搜索目录，同样在Linux也有这个功能。

我们可以通过echo $PATH命令来查看环境变量:

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/home/user/bin:/home/user/.local/bin:/data/public/env/anaconda3/bin

可以观察到其包含了多组环境变量，用【:】隔开来。对于每个用户在其主目录下都有一个.bashrc文件用以配置环境变量，我们可以通过vim ~/.bashrc来查看该文件，并通过

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export $PATH=xxxxx:xxxxxx:xxxxxx

来设置环境变量。设置完毕后直接reboot重启系统或source ~./bashrc编译该文件即可刷新系统的环境变量。

文件链接

① 索引式文件系统

在Linux中常用的ext2/3/4文件系统格式中，inode记录了某个文件其数据在硬盘中实际存放的区块。相比FAT格式的文件系统，inode能够让硬盘更快的检索到文件数据，某种程度上避免了频繁进行磁盘碎片整理的需求。

inode的数据存储方式被称为索引式文件系统(index allocation)，每个文件会申请使用一个inode号，该inode指向的硬盘区块记录了文件数据的所有存储区块和存储顺序，操作系统就能凭此一次性读取所有的数据。

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(以下数据在 "ubuntu 16.04 STL" 得到)
(首位就是inode号)
6684673 drwxr-xr-x   2 root root         4096 6月  26 20:16 bin
4849665 drwxr-xr-x   4 root root         4096 6月  26 20:17 boot
7995393 drwxrwxr-x   2 root root         4096 6月  26 20:10 cdrom
.......(略)

相对的，还会有一个超级区块(Super Block)，记录了系统中所有已使用和未使用的inode号，根据ext2/3/4的不同，每个inode占位从128B到256B。

可以使用dumpe2fs指令查看ext文件系统的超级区块信息，如：sudo dumpe2fs /dev/sda。(如果硬盘较大，可以使用Crtl+z或Ctrl+c提前结束程序)

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.......(略)
Group 6879: (Blocks 225411072-225443839) [INODE_UNINIT, BLOCK_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
  Checksum 0x4553, unused inodes 8192
  Block bitmap at 224919567 (bg #6864 + 15), Inode bitmap at 224919583 (bg #6864 + 31)
  Inode表位于 224927264-224927775 (bg #6864 + 7712)
  32768 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192个未使用的inodes
  可用块数: 225411072-225443839
.......(略)

正因为有了inode，我们常说的【挂载】(mount)才有了意义。本质上，挂载操作是在向系统申请inode，通过给每个文件和目录分配inode，操作系统依靠inode寻找文件和鉴权，我们才能正常操作Linux系统。

② 硬链接与软(符号)链接

• 软(符号)链接(Symbolic Link) 类似于Windows中的桌面快捷链接，它本身就是一个独立的文件，自身占用一个inode，但inode指向的数据是链接原文件的区块位置。
• 硬链接(Hard Link) 与链接源文件占用了同一个inode，它本身知识在某个目录下新加了一条指向原inode的关联记录。

为了更好地分辨这两种链接方式的区别，我们进行以下操作：

1. 使用touch a.txt指令创建一个新文件a.txt，并使用vim a.txt将该文件的内容改为字符串 "数据 "。(关于Vim的使用请查看帮助文档)
2. 使用ls -li和cat a.txt查看相关内容，注意观察其inode号(926162 )和链接数(=1)：

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(base) root@Server:~/test$ ls -li
总用量 4
926162 -rw-rw-r-- 1 root root 7 6月  30 18:11 a.txt

(base) root@Server:~/test$ cat a.txt 
数据

3. 使用ln a.txt hardlink_a创建一个硬链接，使用ls -li查看，可以看到二者inode号一致、文件大小皆为 $7$ 且链接数皆变为了 $2$：

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(base) root@Server:~/test$ ls -li
总用量 8
926162 -rw-rw-r-- 2 root root 7 6月  30 18:22 a.txt
926162 -rw-rw-r-- 2 root root 7 6月  30 18:22 hardlink_a

4. 使用ln -s a.txt symlink_a创建一个软链接，使用ls -li查看，可以看到软连接有自己的inode号，且不影响源文件的链接数，且文件大小也不一致：

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(base) root@Server:~/test$ ls -li
总用量 8
926162 -rw-rw-r-- 2 root root 7 6月  30 18:22 a.txt
926162 -rw-rw-r-- 2 root root 7 6月  30 18:22 hardlink_a
926160 lrwxrwxrwx 1 root root 5 6月  30 18:24 symlink_a -> a.txt

5. 使用cat a.txt、cat harlink_a、cat symlink_a会发现三者内容完全一致。现在修改a.txt中的内容为" 修改后的数据 "，然后查看三个文件的内容，三者内容同样一致。同样的，vim hardlink_a或vim symlink_a一样会修改同样的数据区，cat出来的内容也是相同的。
6. 使用rm a.txt删除原文件，再使用cat指令打开两个链接文件，会发现软连接已经打不开了，而硬链接仍然可以打开。

• 那么，软连接和硬链接的区别又在何处呢？

事实上，硬链接得到的文件会与原文件保持样的数据尺寸(但并不意味着复制了一份原数据)、一样的数据权限、一样的inode号，没有额外的区块和inode占用消耗，一定程度上可以防止区块数据和inode被意外释放；而软连接申请了新的inode，并占用了一定的区块数据(数据量取决于原文件名，如a.txt共五个字符，则占用5B)，当原文件被删除，软连接也就无法打开了，这跟Windows中的表现是一致的。

（在Linux中，如果区块数据没有任何一个inode链接到，则可以认为这些区块已经被释放）

硬盘管理

认识硬盘

现代硬盘主要由柱头和碟片组成。为了高速的读写磁盘，人们设计了 MBR(Master Boor Record) ；随着硬盘容量的变大，2TB以上的硬盘采用 GPT(GUID partition table) 作为分区格式。这里主要介绍MBR。

Linux通过把硬件当成一个文件的方式管理硬盘，如计算机挂载的第一个机械硬盘的文件地址为：/dev/sda。

在MBR格式中，我们将MBR称为主引导记录，用于引导系统的启动。如果你尝试在一个硬盘中建立一个多操作系统的软件目录，会经常接触到MBR的内容。MBR的大小为448字节，它和 分区表(partition table) 组成了第一个扇区，分区表的大小为64KB，即第一个扇区的大小为512KB。

• 相对的，GPT第一个扇区有4K字节，因此能够引导更大的磁盘。

我们常说的分区，实际上只对分区表进行操作，同时只能记录划分为四组分区记录。但显然我们在Windows中常常用的硬盘分区多于4个区，这就要提到扩展分区和逻辑分区了：

• 主要分区与扩展分区由于MBR格式的限制，它们合起来[最多]只能有四个；
• 扩展分区在Linux中只能存在一个，它指向主要分区之外的区域，在区域中存在扩展分区的分区表，该表不受64KB的限制，因此可以指向很多个逻辑分区，即所有的逻辑分区组成了扩展分区。

换句话说，受限于操作系统，以MBR格式为例，若一块硬盘设置了两个主分区，则一个硬盘的分区组成为：

系统启动引导：BIOS与UEFI

对于常装机的朋友来说，BIOS与UEFI并不陌生。这里只简单介绍：

• BIOS是写入固件程序，这里所说的固件指的是主板。因此BIOS是系统启动时第一个执行的程序，它会主动求搜寻MBR，然后按照引导信息去搜寻操作系统软件内容，最后启动我们所熟悉的操作系统。
• UEFI使用C语言写成(相对的BIOS基本是由汇编写成)，为了解决BIOS的一些缺点而提出；相对于写入固件的BIOS，它不需要第三方厂商支持就能部署，甚至在启动阶段就可以直接通过TCP/IP协议连上互联网，而不需要操作系统再次操作网卡硬件。某种意义上UEFI就是一个低级的操作系统。

硬盘状态查看

df指令可以查看磁盘的使用量，为了方便阅读，常使用【-h】指令以GB为单位显示数据，用【-T】列出文件系统：

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(base) root@Server:~$ df -hT
文件系统       类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
udev           devtmpfs   32G     0   32G    0% /dev
tmpfs          tmpfs     6.3G  9.6M  6.3G    1% /run
/dev/nvme0n1p2 ext4      166G   27G  131G   17% /
tmpfs          tmpfs      32G   62M   32G    1% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     5.0M  4.0K  5.0M    1% /run/lock
tmpfs          tmpfs      32G     0   32G    0% /sys/fs/cgroup
/dev/nvme0n1p1 vfat      511M  3.6M  508M    1% /boot/efi
/dev/sda       ext4      2.7T   37G  2.6T    2% /data
tmpfs          tmpfs     6.3G   64K  6.3G    1% /run/user/1000

硬盘分区、格式化、检验与挂载

① 分区与格式化

使用lsblk（list block device的缩写）命令可以查看磁盘及其分区的列表：

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NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda           8:0    0   2.7T  0 disk /data
nvme0n1     259:0    0 232.9G  0 disk 
├─nvme0n1p1 259:1    0   512M  0 part /boot/efi
├─nvme0n1p2 259:2    0 168.5G  0 part /
└─nvme0n1p3 259:3    0  63.9G  0 part [SWAP]

• 使用fdisk和gdisk可以分别在MBR及GPT文件系统上进行分区。这些命令都比较简单，按照相应的提示步骤操作即可。(可以试使用fdisk -l来查看硬盘的文件系统)。>fdisk参考使用流程<
• 使用mkfs.???指令进行格式化：如果我们想把硬盘格式化为ext4格式，则使用mkfs.ext4进行格式化操作，相应的还有mkfs.xfs等命令。如mkfs.ext4 /dev/sda。

② 磁盘挂载与卸载

使用mount /dev/sda /data可以把设备/dev/sda挂载到/data目录下。
然而每次重新开机挂载信息就会丢失，所以我们需要把挂载信息写入/etc/fstab文件中：

1. 首先，使用blkid命令查看硬盘的UUID。
2. 使用vim /etc/fstab打开配置文件，在文末添加一行：
   <fs spec> <fs file> <fs vfstype> <fs mntops> <fs freq> <fs passno>，如UUID=06c17b55-521c-470d-aceb-69ab9be10e4b /data ext4 defaults 0 2，具体配置内容参考下表。

请注意光驱和软驱只有在装有介质时才可以进行挂载，因此它必需填写noauto

3. mount -a可以按/etc/fstab的配置挂载所有硬盘，一般也用来检测挂载配置的正确性。

• 使用umount /dev/sda可以将各个挂载的设备卸载。