Linux文件系统架构详解

一、Linux文件系统概述

Linux文件系统采用树形结构组织文件和目录，所有内容都从根目录(/)开始。这种统一的结构与Windows的分区驱动方式不同，所有存储设备都挂载到文件系统的某个目录下。

二、主要目录结构及功能

1. 根目录(/)下的标准目录

2. 重要子目录详解

/usr目录结构：

/usr
├── bin     # 大部分用户命令
├── include # C程序头文件
├── lib     # 库文件
├── local   # 本地安装的软件
├── sbin    # 非关键系统管理命令
└── share   # 架构无关数据

/var目录结构：

/var
├── cache  # 应用程序缓存数据
├── lib    # 状态信息
├── log    # 日志文件
├── mail   # 用户邮箱
├── run    # 运行时的进程信息
└── spool  # 等待处理的队列数据

三、文件系统类型

1. 常见Linux文件系统

• ext4：最常用的Linux文件系统，支持日志功能
• XFS：高性能日志文件系统，适合大文件
• Btrfs：支持写时复制、快照等高级特性
• ZFS：高级文件系统(通常需要额外安装)

2. 特殊文件系统

• procfs：/proc，提供进程和系统信息
• sysfs：/sys，提供设备信息接口
• tmpfs：/dev/shm等，内存中的临时文件系统
• devpts：/dev/pts，伪终端支持

四、文件系统管理命令

1. 基本管理命令

# 查看磁盘和分区信息
fdisk -l
lsblk

# 查看文件系统使用情况
df -h
du -sh [目录]

# 挂载/卸载文件系统
mount /dev/sda1 /mnt/data
umount /mnt/data

# 自动挂载配置
vim /etc/fstab

2. 文件系统创建与检查

# 创建ext4文件系统
mkfs.ext4 /dev/sdb1

# 检查并修复文件系统
fsck /dev/sda1

# 调整文件系统大小
resize2fs /dev/sda2

五、权限与属性

1. 基本权限系统

# 权限示例
-rw-r--r-- 1 user group 1024 Jan 1 10:00 file.txt
drwxr-xr-x 2 user group 4096 Jan 1 10:00 dir/

# 修改权限
chmod 755 file.sh
chmod u+x,g-w,o-r file.sh

# 修改所有者
chown user:group file.txt

2. 特殊权限

• SUID (4)：执行时以文件所有者身份运行
• SGID (2)：目录中新文件继承组ID
• Sticky bit (1)：只有所有者能删除目录中文件

chmod u+s /usr/bin/passwd  # 设置SUID
chmod g+s /shared/dir      # 设置SGID
chmod +t /tmp              # 设置Sticky bit

六、高级特性

1. 链接

• 硬链接：直接指向inode，不能跨文件系统

  ln source.txt hardlink.txt
  

• 软链接(符号链接)：包含路径引用，可以跨文件系统

  ln -s source.txt symlink.txt
  

2. inode与存储

• 每个文件有唯一的inode，包含元数据(权限、所有者、大小等)
• 查看inode信息： bash ls -i file.txt stat file.txt

3. 文件系统扩展属性

# 设置扩展属性
setfattr -n user.comment -v "Important file" file.txt

# 查看扩展属性
getfattr file.txt

七、性能优化建议

1. 根据用途选择合适文件系统：

   • 小文件密集：ext4
   • 大文件处理：XFS
   • 高级需求：Btrfs/ZFS

2. 合理设置挂载选项：

   # /etc/fstab示例
   /dev/sda1 /data ext4 defaults,noatime,nodiratime 0 2
   

3. 定期维护：

   # 检查磁盘错误
   fsck -f /dev/sda1
   
   # 整理碎片(ext4通常不需要)
   e4defrag /mnt/data
   

Linux文件系统架构设计精巧且灵活，理解其结构和原理对于系统管理和故障排查至关重要。掌握这些知识可以帮助你更高效地使用和维护Linux系统。