文件系统基本概念

1.文件系统概述
2.文件系统的类型
- （1）ext系列
- （2）Reiserfs
3. Ubuntu文件系统的结构
- （1）概述
- （2）路径
- （3）主要文件夹及其作用
- - /bin/
  - /sbin/
  - /root/
  - /home/
  - /boot/
  - /mnt/
  - /dev/
  - /etc/
  - /lib/
  - /lost+found/
  - /var/
  - /usr/
  - /media/
  - /proc/
  - /tmp/
  - /initrd/
  - /opt/
  - /srv/
  - /sys/

Linux支持许多种文件系统，从日志型文件系统到集群文件系统和加密文件系统。

在LINUX系统中有一个重要的概念：一切都是文件。其实这是UNIX哲学的一个体现，而Linux是重写UNIX而来，所以这个概念也就传承了下来。在UNIX系统中，把一切资源都看作是文件，包括硬件设备。UNIX系统把每个硬件都看成是一个文件，通常称为设备文件，这样用户就可以用读写文件的方式实现对硬件的访问。

1.文件系统概述

文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，其目的是易于实现数据的查询和存取。不同的操作系统具有不同的文件系统，一个操作系统可能无法兼容所有的文件系统。Linux文件系统接口实现为分层的体系结构，从而将用户接口层、文件系统实现和操作存储设备的驱动程序分开。

要透彻理解文件系统，需要明确以下几个名词：

存储介质
用以存储数据的物理设备，如软盘、硬盘、光盘、磁带、网络存储设备等。
磁盘的分割
对于容量较大的存储介质来说，通常是硬盘。在使用时，需要合理地规划分区。常用的Linux磁盘分割工具有fdisk、cfdisk、parted等。此外，还有PQ等第三方工具。
创建文件系统
创建新的文件系统是一个过程，通常成为初始化或格式化，整个过程是针对存储介质进行的。一般情况下，操作系统都有自己相应的工具。创建文件系统是在分割磁盘空间的基础上进行的。
挂载
在Linux或Unix系统中，没有磁盘分区的逻辑概念（如C盘、D盘等），仍和一个种类的文件系统被创建后，都需要挂载到某个特定的目录才能使用，这个过程相当于激活一个文件系统，使它能够使用。

Windows的文件系统挂载使用其内部机制完成，用户基本无法探知其过程。而Linux使用mount工具对文件系统进行挂载。挂载文件系统时，需要明确挂载点。在创建文件系统后，操作系统会提示将此文件系统挂载至哪个位置，这个位置就是挂载点，通常选择“/”即根目录。挂载点的实质是一个空的目录。

2.文件系统的类型

文件系统有多种类型，不同操作系统采用不同的文件系统，对其他的文件系统的支持程度也不相同。

Linux的文件系统主要有ext\ext2、ext3、ext4、reiserfs 等

（1）ext系列

文件系统	介绍	特点	优势
ext	第一代扩展文件系统，一种文件系统，于1992年4月发表，是为linux核心所做的第一个文件系统。采用Unix文件系统（UFS）的元数据结构，以克服MINIX文件系统性能不佳的问题。	它是在linux上，第一个利用虚拟文件系统实现出的文件系统	克服MINIX文件系统性能不佳的问题
ext2	第二代扩展文件系统是LINUX内核所用的文件系统。它开始由Rémy Card设计，用以代替ext，于1993年1月加入linux核心支持之中。ext2 的经典实现为LINUX内核中的ext2fs文件系统驱动，最大可支持2TB的文件系统，至linux核心2.6版时，扩展到可支持32TB。	在ext2文件系统中，文件由inode（包含有文件的所有信息）进行唯一标识。一个文件可能对应多个文件名，只有在所有文件名都被删除后，该文件才会被删除。此外，同一文件在磁盘中存放和被打开时所对应的inode是不同的，并由内核负责同步。	文件系统高效稳定
ext3	EXT3是第三代扩展文件系统（英语：Third extended filesystem，缩写为ext3），是一个日志文件系统，常用于Linux操作系统。	Ext3文件系统是直接从Ext2文件系统发展而来，目前ext3文件系统已经非常稳定可靠。它完全兼容ext2文件系统。用户可以平滑地过渡到一个日志功能健全的文件系统中来。	1、高可用性：系统使用了ext3文件系统后，即使在非正常关机后，系统也不需要检查文件系统。 2、数据的完整性：避免了意外宕机对文件系统的破坏。 3、文件系统的速度：因为ext3的日志功能对磁盘的驱动器读写头进行了优化。所以，文件系统的读写性能较之Ext2文件系统并来说，性能并没有降低。 4、数据转换：“由ext2文件系统转换成ext3文件系统非常容易。 5、多种日志模式
ext4	EXT4是第四代扩展文件系统（英语：Fourth extended filesystem，缩写为 ext4）是Linux系统下的日志文件系统，是ext3文件系统的后继版本。Ext4是由Ext3的维护者Theodore Tso领导的开发团队实现的，并引入到Linux2.6.19内核中。	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	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。 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：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，相比Ext3采用间接块映射，提高了不少效率。 5.多块分配：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 7.快速 fsck 8.日志校验 9.“无日志”（No Journaling）模式 10.在线碎片整理 11.inode 相关特性：较之Ext3默认的inode大小128字节，ext4默认inode大小为256字节

(这里参考了：参考)

（2）Reiserfs

reiserfs文件系统是最早用于Linux的日志文件系统之一。支持大文件，支持反删除。

3. Ubuntu文件系统的结构

（1）概述

Ubuntu 16.04使用的文件系统是ext3，而Ubuntu18.04已经采用ext4文件系统，可以更加轻松地挂载windows系统的文件，实现资源共享。

与其他linux发行版本类似，Ubuntu支持长文件名和目录名。文件名的最大长度是255个字符(characters)，文件路径的最大长度是4096字符(characters)，即可以包含16级的最大文件长度的路径。

 1 #ifndef _LINUX_LIMITS_H2 #define _LINUX_LIMITS_H3 4 #define NR_OPEN            10245 6 #define NGROUPS_MAX    65536    /* supplemental group IDs are available */7 #define ARG_MAX       131072    /* # bytes of args + environ for exec() */8 #define LINK_MAX         127    /* # links a file may have */9 #define MAX_CANON        255    /* size of the canonical input queue */
10 #define MAX_INPUT        255    /* size of the type-ahead buffer */
11 #define NAME_MAX         255    /* # 文件名最大字符数 */
12 #define PATH_MAX        4096    /* # 相对路径名最大字符数 */
13 #define PIPE_BUF        4096    /* # bytes in atomic write to a pipe */
14 #define XATTR_NAME_MAX   255    /* # chars in an extended attribute name */
15 #define XATTR_SIZE_MAX 65536    /* size of an extended attribute value (64k) */
16 #define XATTR_LIST_MAX 65536    /* size of extended attribute namelist (64k) */
17
18 #define RTSIG_MAX      32
19
20 #endif

字符指的是ASCII字符，如果是汉字或者其他语言，则需要视编码而定

（2）路径

“/”表示系统的顶级目录，即根目录。系统中的所有数据文件以及硬件资源都是以文件或目录的形式出现，并并且挂载于根目录之下。

从根目录开始的路径成为绝对路径，如“/usr/bin/vim”，不以“/”开头的路径则为相对路径，表示文件与当前目录的相对关系。

（3）主要文件夹及其作用

以我虚拟机里面的Ubuntu16.04系统为例，这里显示了系统根目录下所有的文件及文件夹信息。

各个文件夹的基本功能不同，它们存储了不同类型的文件，具体如下

/bin/

存储二进制可执行文件。

/sbin/

许多系统命令的存储位置。

/root/

根用户的主目录。

/home/

普通用户的主目录，在此目录下，每个用户拥有一个以用户名命名的文件夹。

/boot/

存放Ubuntu内核和系统启动文件。

/mnt/

通常包括系统引导后被挂载的文件系统的挂载点。

/dev/

存储设备文件，包括计算机的所有外部设备，硬盘、鼠标、键盘等。

/etc/

存放系统管理所需的配置文件和目录。

/lib/

存放各种程序所需要的的共享库文件，这些库文件主要为/bin/和/sbin/目录下的命令文件服务。而/usr/bin/存放更多用于普通用户的库文件。

/lost+found/

一般为空，一般是隐藏文件夹。系统非法关机后，会存放一些相关文件。

/var/

存放许多不断变化的文件，例如日志文件。

/usr/

包括u系统用户相关的文件和目录，如应用程序以及支持它们的库文件。

/media/

存放Ubuntu系统自动挂载的设备文件，比如我插一个U盘：

/proc/

一个虚拟目录，不实际存储在磁盘上。它是内存的映射，包括系统信息和进程信息。

/tmp/

存储用户和系统的临时文件，为任何用户都提供读写权限。

/initrd/

用来在计算机启动时挂载initrd.img映像文件的目录，以及载入所需设备模块的目录。

/opt/

作为可选文件和程序的存放目录，主要被第三方开发者用来建议安装和卸载它们的软件。比如我安装的ROS就在此目录之下。

/srv/

存储系统提供的服务数据。

/sys/

系统设备和文件层次结构，并向用户程序提供详细的内核数据信息。

在Linux环境下，只要是可执行文件并且具有可执行权限就可以执行，而不敢文件名的后缀是什么。

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