【IT168 服务器学院】文件系统与磁盘操作

　　文件在Unix下是一个非常重要的概念，Unix下不但使用文件来保存数据，而且使用文件来保存目录信息、表示硬件设备等。Unix的文件名对大小写敏感，例如 “FOO” 和 “foo” 是两个不同的文件，而且文件名可长达255个字符。

　　文件是按照分级的形式组织起来，每一级称为一个目录，其内容使用一个特殊的目录文件保存，而第一级目录为根目录，这就形成了一种树状结构，最下面是根目录 “/” ，根目录下放有普通文件和其子目录，如： “/usr/” 、 “/var/” 等，而在不同的子目录下又有自己的文件和子目录。

　　/目录：目录树的根，用于保存系统的内核文件和系统启动文件，它所在的文件系统为根文件系统。

　　/dev目录：用于保存系统的设备文件，占用大致固定的硬盘空间，位于根文件系统中。

　　/etc目录：用于保存系统的配置文件，包括passwd,rc等非常重要的文件，也被放置到根文件系统中。

　　/bin和/sbin目录：保存了用于系统维护目的的执行文件，其中/sbin中的文件通常直接用于系统维护，/bin为提供管理员使用系统的基本工具。也必须放置在根文件系统上，在系统运行在单用户模式时，只有根文件系统安装到系统上时，就能够运行这些程序进行系统维护任务。

　　/tmp目录：用于存放程序运行产生的临时文件，这个目录也是每个用户都可写的，在系统启动时将自动清空这个目录。当系统运行较大型的服务程序时，会要求较大的/tmp空间，会超过根文件系统的空间，因此可以在其他文件系统中创建另一个临时文件目录，使用符号连接等方法进行维护。

　　/usr目录：用于保存系统正常运行时使用的多种文件，其中/usr/bin放置系统执行文件，/usr/sbin 放置系统维护程序，/usr/local放置非标准的应用程序，/usr/share放置系统中的文档和其他数据文件，/usr/src中放置系统的源代码，/usr/X11R6放置X Window系统、应用程序和数据文件。由于这些内容非常多，/usr目录通常为一个单独安装的文件系统，占用一个硬盘分区，称为usr文件系统。随着系统任务的增长，/usr目录中的内容也会迅速增多，还要考虑将其较大的子目录分离出来，例如/usr/local目录。

　　/var目录：用于保存系统运行时产生和使用的数据文件，例如/var/log目录用于放置系统日志，/va r/db/pkg目录用于放置系统软件包的安装记录。很多应用程序也使用它来放置数据文件，如news服务器等。这个目录下文件会随系统的运行而不断变化，其中的很多文件会不断增大，占用大量的磁盘空间。应该将这个目录分离出来，这样即使某个进程在这个目录下没有限制的产生数据文件，填充整个文件系统，也不会影响其他目录下的数据存储，例如用户在自己目录下的数据存储。由于/var目录的大小会随着应用程序的需要改变，对于提供网络服务的服务器，/var占用磁盘分区应该大一些。

　　/home目录：使用它用于维护用户的个人目录，它的大小由用户数量及用户的活跃程度决定，也需要有足够的空间才能提供正常的服务。通常这个目录保存在usr文件系统中，而在根目录下使用连接来维护。当用户数量增加的很多的时候，应该让它位于一个单独的文件系统中。

　　这些目录开始就设计为保存不同的数据，而各个目录会使用不同的磁盘分区。习惯于DOS/Windows的使用者会不习惯这种使用多个文件系统的方式，而只使用一个文件系统，这种做法是不对的。多文件系统可以用于分隔不同的任务，分隔系统风险，增加可靠性，对于用作服务器的FreeBSD系统是必需的。

　　Unix的树状目录结构十分标准，那类文件应该放置到那个目录中都有一定的习惯。当然在不同的Unix中，具体文件的位置也有细微的差别，事实上在Unix发展的过程中，标准目录树结构的也有几次较大的改动，但是基本结构是相同的。由于FreeBSD有统一的版本，所有的开发者都使用同一个源代码树，而且使用统一的Packages Collection 机制来维护应用软件，因此FreeBSD的目录结构更为整齐、干净。

　　文件的属性

　　由于FreeBSD是一个多用户系统，不同的用户对不同的文件就应该有不同的处理权力，通常创建文件的用户就拥有这个文件，成为这个文件的属主。同样，文件也有自己的属组，这是一个文件的两个重要属性。由于文件的属主和组涉及到对文件的访问控制，因此只有root能更改文件的这两个属性，更改文件属主的命令为chown，更改文件属组的命令为chgrp。

　　由于不可能为每个用户都单独提供完全独立的文件系统，多用户操作系统必须提供一种安全的访问控制机制，使得用户既能和其他用户共享某些文件，又能保证各个用户的文件不会被非法存取或破坏。Unix分别针对属主、同组用户和其他用户共三种不同的用户，分别设置了存取控制权限，这个权限分别为：读、写和执行，使用英文字母r（Read）、w（Write）和x（eXecute）来表示。由于对属主、组和其他用户均有这三种权限设置，因此每个文件共有九个权限参数。使用 “ls -l” 命令就能看到文件的权限设置：

$ ls -l

drwx------ 4 user  wheel    512 Nov 25 17:23 Mail

-rw-rw-r-- 1 user  wheel    149 Dec  4 14:18 Makefile

-rwxr-xr-x 1 user  wheel   3212 Dec  4 12:36 a.out

drwxr-xr-x 1 user  wheel    512 Dec 14 17:03 bin

-rw-r--r-- 1 user  wheel    143 Dec  4 12:36 hello.c

drwxr-xr-x 2 user  wheel   1024 Oct 16  1997 public_html

drwxrwxrwx 2 user  wheel    512 Jan  3 14:07 tmp

　　从上面的例子中，可以看到文件的权限设置在列出的数据的第一列中显示，例如文件a.out的属性是-rwxr-xr-x，共显示了十个字母的位置。其中第一个位置是用于标识文件的种类，而非权限设置，其余九个位置分别表示三组的三种权限设置。第二个到第四个位置表示属主的权限分别设置为读、写和执行，第五个到第七个位置设置同组用户的权限，第八个到第十个位置设置其他用户的权限。当指定位置上没有显示对应的权限，而是 “-” ，则表示不允许对应的权限。因此a.out的权限设置为，对于属主user的权限为读写和执行，对于同组用户为读和执行权限，对于其他用户也是读和执行权限。对于目录来讲，拥有读权限意味着用户可以列出这个目录下的文件内容，写权限使用户可以在这个目录下增、删文件和更改文件名，执行权限保证用户可以使用cd进入这个目录。

　　ls输出结果的第一个位置表示类别，例如 “d” 表示目录， “c” 表示该文件为字符设备文件， “b” 表示为块设备文件， “l” 表示为一个符号连接。

　　Unix系统内部使用数值来表示这些属性，每一个属性与文件属性中的一个二进制位相对应，如果该存取权限设置了，对应的二进制位就是1，如果该存取权限没有设置，对应的二进制位是0。这样a.out的权限属性rwxr-xr-x 用二进制来表示就是111101101，Unix下常使用八进制的形式表示，这样这个权限是755。

　　文件的属主和管理员可以使用命令chmod来设置或改变文件的权限。chmod有几种不同的使用方法，可以直接使用八进制的权限表示方式设置属性，或者使用属性字母来设置或更改文件的属性，不同的使用方法要求不同的 chmod参数，下面是使用chmod的一些例子：

　　chmod 750 a.out ：改变a.out的权限为750；

　　chmod a+x a.out ：对所有用户增加a.out的执行权限，
　　a（All）表示所有用户；

　　chmod u=rwx a.out ：设置属主的权限为读、写和执行
　　u（user）表示属主用户；

　　chmod g+rw a.out ：增加同组用户的读写权限，
　　g（group）表示同组用户；

　　chmod o-w a.out ：减少其他用户的写权限，
　　o（others）表示其他用户；

　　chmod go= a.out ：清除同组和其他用户的所有权限；

　　chmod o=u-w a.out ：设置其他用户的权限为减去写权限的属主权限；

　　权限755是最常见的文件权限设置，这种属性的文件允许其他用户可以访问这个文件，但不可以更改，如果不打算让其他用户访问文件，文件的存取权限可以设置为700。文件在创建的时候，系统使用掩码来决定文件的权限，掩码的二进制对应位为1的，文件属性的对应位就设置为0，例如当掩码的八进制表示为022时（二进制为000010010），创建的文件权限就为755（111101101）。文件掩码使用umask命令来设置，例如使用 “umask 027 ” 设置掩码为027，则创建的文件权限为750，其他用户将对这个文件没有任何权限。可以在启动资源文件或者在登录类别中设置中设置用户的掩码。

　　目录需要设置执行位，以允许用户能使用cd命令进入这个目录中

　　当一个文件的权限设置完毕之后，在一个进程试图访问这个文件时，系统就比较这个进程的属主和属组与文件的属主和属组，判断这个进程是否具备访问权限。由于每个进程的属主和属组标识是由启动这个进程的用户决定的，因此一个用户启动的进程就具备其本身对文件的访问权限。

　　除了读、写和执行权限以外，对于可执行的程序还有另外两个非常重要的属性：设置属主身份（setuid, Set User ID）权限和设置组身份（setgid, Set Group ID）权限，这两个属性允许某个程序可以更改自己的进程标识为程序文件属主或组，因而就可以具备该程序文件属主或属组的访问权限，而不再仅仅是启动进程的用户的访问权限，这样就能完成特定的任务。很多系统程序，例如su，就是通过这个特性来完成从执行进程时的普通用户身份到root用户身份的转化的，因此这两个属性对于系统安全至关重要。不是必要的系统程序，不能具备这些属性。

　　可以使用 “chmod +s file” 或 “chmod g+s file” 来设置这两个属性，或者使用 “chmod 4755 file” 、 “chmod 2755 file” 八进制方式来设置setuid 或setgid属性。

　　文件的连接和符号连接

　　Unix中使用i节点（i node）来记录真实的物理文件及其位置，文件名只是指向i节点的一个连接。因此每个文件可以有多个名字，每个名字就称为文件的一个连接，而同一个文件的所有连接所指向的i节点件完全相同。但在删除时只有全部删除这个i节点的全部连接，才能删除i节点、即删除这个文件本身。

$ ln l1 l2
$ ls -l l*
-rwxr-xr-x  2 user  wheel   53212 Dec  4 12:36 l1
-rwxr-xr-x  2 user  wheel   53212 Dec  4 12:36 l2
$

　　上面的例子使用ln创建了一个连接，然后在ls的结果中可以看到第二列的数字为2，这表示这个文件有两个连接。这样的连接可以建立在不同的目录中，但所有连接所在的目录必须在同一个文件系统中，才能使用同样的i节点。由于连接是直接指向标识物理文件的i节点，因此这种连接又称为硬连接。

　　另一种更灵活的连接方式是符号连接，它没有指向物理文件的i节点，而是直接指向目录树上的另一个入口，那么当系统访问这个文件时，就沿着它指向的目录树的位置去查找具体文件。这样就能对任何文件系统中的文件和目录建立连接，因此称为软连接。符号连接可以跨越文件系统，灵活性很大，能够突破物理文件系统的限制维护目录树的一致性，对于系统管理和维护很有用。但是这种连接方式需要对目录树进行多次查找，增加了文件操作的额外步骤，因此效率较低，因此不应该使用多级连接，及某个符号连接指向的目录还是一个符号连接，甚至发生符号连接的循环。应该尽量少用符号连接，并避免多级符号连接及符号连接的循环。

$ ln -s l1 /root/files
$ ls -l l*
lrwxrwxrwx  1 user  wheel  12 Dec  4 12:36 l1 -> /root/files
$