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我們作為“碼農(nóng)”，每天都在接觸編程，接觸linux系統(tǒng)，那么常見的Linux目錄和文件都有哪些，它們又有什么作用呢?

想必大家經(jīng)常會忽略這點，作為工作多年的你而言也不例外，今天就帶大家來一起了解一下吧~

1 初識目錄結(jié)構(gòu)

2 初識文件

2.1 文件類型

2.1.1 文件

第一個屬性為 [-]。最常用的類型，包括：

純文本文件(ASCII);

二進制文件(binary);

數(shù)據(jù)格式的文件(data);

各種壓縮文件。

2.1.2 目錄

第一個屬性為 [d]

2.1.3 鏈接文件

第一個屬性為 [l]

2.1.4 管道

第一個屬性為 [p]

2.1.5 塊設(shè)備

第一個屬性為 [b] 。儲數(shù)據(jù)以供系統(tǒng)存取的接口設(shè)備，簡單而言就是硬盤。

ll /dev/vda1 
brw-rw---- 1 root disk 253, 1 11月 28 19:17 /dev/vda1 

2.1.6 字符設(shè)備文件

第一個屬性為 [c] 。即串行端口的接口設(shè)備，例如鍵盤、鼠標等等。

2.1.7 套接字

第一個屬性為 [s]。最常在 /var/run目錄中看到這種文件類型。

查看文件類型的方法：

#file, stat, ls 

講到這里，可以有些疑問，到底文件是個什么東東?

2.2 文件是什么?

如上圖所示，一般文件包括兩部分：元數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)

• 元數(shù)據(jù)：文件的附屬信息：文件大小，文件創(chuàng)建時間，文件擁有者，Inode編號(文件的唯一標識)
• 用戶數(shù)據(jù)：記錄文件真實內(nèi)容的地方。

為了有效管理文件，引入了文件系統(tǒng)。

2.3 文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)，本身是對存儲設(shè)備上的文件，進行組織管理的機制。所以根據(jù)組織機制的不同，可以分為不同的文件系統(tǒng)。

文件系統(tǒng)系統(tǒng)包括4大要素：索引節(jié)點，目錄項，邏輯塊，超級塊。

2.3.1 索引節(jié)點

同上面講的元數(shù)據(jù)部分，索引節(jié)點和文件是一一對應(yīng)的，它和文件內(nèi)容一樣，是存儲在磁盤中的。所以索引節(jié)點是占用磁盤空間的。所以它不會隨著進程的消亡而消失。

2.3.2 目錄項

簡稱dentry，用來記錄文件的名稱，索引節(jié)點指針以及目錄項之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，會形成一棵樹狀結(jié)構(gòu)。多個關(guān)聯(lián)的目錄項，就形成了目錄結(jié)構(gòu)。

它是由內(nèi)存維護的一個內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以通常被稱作“目錄項緩沖”。

2.3.3 邏輯塊

索引節(jié)點和目錄項記錄了文件的元數(shù)據(jù)，那么文件內(nèi)容是怎么存儲的?

實際上，磁盤上最小的讀寫單位是“扇區(qū)”，只有512B大小，也就是0.5K，為了讀寫效率，系統(tǒng)會將連續(xù)的扇區(qū)組合一個”塊“，一般一個“塊”是8個扇區(qū)，也就是4K，4096B。

從磁盤中讀取內(nèi)容是特別慢的，所以系統(tǒng)會將讀取的內(nèi)容存到“頁緩沖”中。

2.3.4 超級塊

一個超級塊對應(yīng)一個文件系統(tǒng)。超級塊會保存文件系統(tǒng)的大小和狀態(tài)、塊設(shè)備的引用和元數(shù)據(jù)信息(比如空閑列表等等)

文件系統(tǒng)有多種，比如Ext4, NFS等，根據(jù)存儲位置不一樣，可以分為三類。

• 基于磁盤的文件系統(tǒng)：也就是數(shù)據(jù)直接存儲在計算機本地掛載的磁盤中。常見的Ext4, Ext3,XFS。
• 基于內(nèi)存的文件系統(tǒng)：也就是虛擬文件系統(tǒng)。這類文件系統(tǒng)，不需要任何磁盤分配存儲空間，但會占用內(nèi)存。比如/proc文件系統(tǒng)，/sys文件系統(tǒng)。
• 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)：用來訪問其他計算機數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)，比如NFS，SMB。

每個文件系統(tǒng)是獨立的，有自己的組織方法，操作方法。那么對于用戶來說，不可能所有的文件系統(tǒng)都了解，那么怎么做到讓用戶透明的去處理文件呢?

2.4 VFS虛擬文件系統(tǒng)

虛擬文件系統(tǒng)定義了一組所有文件系統(tǒng)都支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和標準接口。用戶進程和內(nèi)核中的其他子系統(tǒng)，只需要跟VFS提供的統(tǒng)一接口交互就OK，不需要關(guān)心底層文件系統(tǒng)實現(xiàn)細節(jié)。

磁盤的操作是非常慢的，所以為了協(xié)調(diào)磁盤的訪問速度，內(nèi)核提供了“索引節(jié)點緩存”，“目錄項緩存”，“頁緩沖”。

2.5 文件系統(tǒng)I/O

根據(jù)文件讀寫方式的各種差異，導致I/O的分類多種多種。最常見的為以下4類：

2.5.1 緩沖IO和非緩沖IO

第一種，根據(jù)是否利用標準庫緩存，分為：

緩沖IO：只利用標準庫的緩沖來加速文件的訪問。標準庫內(nèi)部會通過系統(tǒng)調(diào)用來訪問文件。

非緩沖IO：直接系統(tǒng)調(diào)用。

需要說明的是：“緩沖”指的是標準庫的緩沖，而不是內(nèi)核提供的高速緩沖區(qū)(也就是頁緩沖)

無緩存IO操作數(shù)據(jù)流向路徑：數(shù)據(jù)——內(nèi)核緩存區(qū)——磁盤

標準IO操作數(shù)據(jù)流向路徑：數(shù)據(jù)——流緩存區(qū)——內(nèi)核緩存區(qū)——磁盤

2.5.2 直接IO和非直接IO

是否跳過頁緩沖。

要想實現(xiàn)直接IO，可以在系統(tǒng)調(diào)用的時候，指定O_DIRECT標志。

直接IO和非直接IO，本質(zhì)上還是和文件系統(tǒng)打交道，如果跳過文件系統(tǒng)直接讀寫磁盤，就是我們通常說的裸IO。

2.5.3 阻塞和非阻塞IO

設(shè)置O_NONBLOCK

阻塞IO：是指應(yīng)用程序執(zhí)行IO操作，如果沒有獲得響應(yīng)，則會阻塞當前線程，不會做其他任務(wù)。

非阻塞IO：是指應(yīng)用程序執(zhí)行IO操作，不阻塞當前線程，可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，隨后會輪詢或者事件通知的形式，獲取調(diào)用結(jié)果。

2.5.4 同步和非同步IO

設(shè)置O_SYNC或者O_DSYNC標志，就代表同步IO。設(shè)置O_DSYNC，會等待數(shù)據(jù)寫入磁盤才返回;設(shè)置O_SYNC，則是在O_DSYNC的基礎(chǔ)上，要求文件元數(shù)據(jù)也要返回磁盤后，才返回。

同步IO：是指應(yīng)用程序執(zhí)行IO操作后，要一直等待IO完成后，才能獲得IO響應(yīng)。

 

異步IO：是指用用程序執(zhí)行IO操作后，不用等待完成或完成后的響應(yīng)，而是繼續(xù)執(zhí)行就可以。等待IO完成，響應(yīng)會用事件通知的形式，告訴應(yīng)用程序。