在 Linux/Unix 操作系统中，一切都是文件，甚至目录也是文件，文件是文件，鼠标、键盘、打印机等设备也是文件。这篇文章，我们将一起学习 Linux 中的目录结构及文件。
Linux 的文件类型
Linux系统中的文件系统，一般分为 3种类型：
- 普通文件：也称为一般文件，可能是图像、视频、程序或简单的文本文件，这些文件可以是 ASCII 或二进制格式。普通文件是 Linux 系统中最常用的文件类型。
- 目录文件：这些类型的文件是其他文件类型的仓库或者集合，它可以是目录中的目录（子目录）。
- 设备文件：在类似 Windows 的操作系统中，设备如 CD-ROM 和硬盘驱动器用驱动器字母表示，如 F:、G:、H:，而在 Linux 系统中，设备表示为文件，例如，/dev/sda1、/dev/sda2 等。
在类似 Windows 的操作系统中，文件存储在不同数据驱动器上的不同文件夹中，如 C:、D:、E:，而在 Linux/Unix 操作系统中，文件存储在一个类似树状结构中，以根目录开始，如下图所示。
目录结构
Linux/Unix 文件系统层次结构以根目录为基础，一切都从根目录开始，总起来说分为以下 2种：
- 顶级目录
- 其他目录
顶级目录
| 目录 | 描述 |
|---|---|
| /bin | 二进制或可执行程序。 |
| /etc | 系统配置文件。 |
| /home | 用户的主目录。它是默认的当前目录。 |
| /opt | 可选或第三方软件。 |
| /tmp | 临时空间，通常在重启时清空。 |
| /usr | 用户相关的程序。 |
| /var | 日志文件。 |
其他目录
| 目录 | 描述 |
|---|---|
| /boot | 包含所有启动相关的信息文件和文件夹，如 conf、grub 等。 |
| /dev | 设备文件的位置，如 dev/sda1、dev/sda2 等。 |
| /lib | 包含内核模块和共享库。 |
| /lost+found | 用于查找恢复的损坏文件的碎片。 |
| /media | 包含插入的可移动媒体设备的子目录。 |
| /mnt | 包含用于挂载文件系统的临时挂载目录。 |
| /proc | 一个虚拟和伪文件系统，包含有关运行进程的信息，特定的进程 ID 或 PID。 |
| /run | 存储易失的运行时数据。 |
| /sbin | 管理员的二进制可执行程序。 |
| /srv | 包含特定于服务器的文件。 |
| /sys | 一个用于现代 Linux 发行版的虚拟文件系统，用于存储和允许修改连接到系统的设备。 |
文件类型
Linux 是一个非常复杂的系统，需要一种高效的方式来启动、停止、维护和重启系统，在 Linux 系统中，每个进程都有一些定义良好的配置文件、二进制文件、手册页信息文件可用。
在 Linux系统中，文件可以分为以下几种：
- 内核文件
- 设备文件
- 系统配置文件
- 用户相关文件
- 虚拟和伪进程相关文件
- 版本信息文件
- 日志文件
各种文件的具体信息说明如下：
内核文件
- /boot/vmlinux：Linux 内核文件。
设备文件
- /dev/hda：第一个 IDE 硬盘的设备文件。
- /dev/hdc：一个伪设备，将垃圾输出重定向到 /dev/null。
系统配置文件
系统配置文件及其描述如下表：
| 配置文件 | 描述 |
|---|---|
| /etc/bashrc | 由 bash shell 使用，包含系统默认设置和别名。 |
| /etc/crontab | 一个 shell 脚本，在预定义时间间隔运行指定命令。 |
| /etc/exports | 包含网络上可用的文件系统的信息。 |
| /etc/fstab | 磁盘驱动器及其挂载点的信息。 |
| /etc/group | 一个文本文件，定义安全组的信息。 |
| /etc/grub.conf | grub 引导加载程序配置文件。 |
| /etc/init.d | 服务启动脚本。 |
| /etc/lilo.conf | lilo 引导加载程序配置文件。 |
| /etc/hosts | IP 和相应主机名的信息。 |
| /etc/hosts.allow | 允许访问本地机器上服务的主机列表。 |
| /etc/host.deny | 拒绝访问本地机器上服务的主机列表。 |
| /etc/inittab | INIT 进程及其在各个运行级别的交互。 |
| /etc/issue | 允许编辑登录前消息。 |
| /etc/modules.conf | 系统模块的配置文件。 |
| /etc/motd | 包含当天的消息。 |
| /etc/mtab | 当前挂载的块信息。 |
| /etc/passwd | 包含系统用户的用户名、密码的影子文件。 |
| /etc/printcap | 打印机信息。 |
| /etc/profile | Bash shell 默认设置。 |
| /etc/profile.d | 包含其他脚本，如应用程序脚本，登录后执行。 |
| /etc/rc.d | 避免脚本重复。 |
| /etc/rc.d/init.d | 运行级别初始化脚本。 |
| /etc/resolv.conf | 系统使用的 DNS。 |
| /etc/security | 包含允许 root 登录的终端名称。 |
| /etc/skel | 初始化新用户主目录的脚本。 |
| /etc/termcap | 一个 ASCII 文件，定义不同类型终端的行为。 |
| /etc/X11 | 目录树，包含 X-window 系统的所有配置文件。 |
用户相关文件
用户相关文件及其描述如下表：
| 用户相关文件 | 描述 |
|---|---|
| /usr/bin | 包含大多数可执行文件。 |
| /usr/bin/X11 | /usr/bin 的符号链接。 |
| /usr/include | 包含 C 程序使用的标准文件。 |
| /usr/share | 包含架构无关的可共享文本文件。 |
| /usr/lib | 包含目标文件和库。 |
| /usr/sbin | 包含超级用户的命令，用于系统管理。 |
虚拟和伪进程相关文件
虚拟和伪进程相关文件及其描述如下表：
| 虚拟和伪进程相关文件 | 描述 |
|---|---|
| /proc/cpuinfo | CPU 信息 |
| /proc/filesystems | 保存当前运行的进程的有用信息。 |
| /proc/interrupts | 保存每个 IRQ 中断次数的信息。 |
| /proc/ioports | 包含服务器上设备使用的所有输入输出地址。 |
| /proc/meminfo | 报告内存使用信息。 |
| /proc/modules | 当前使用的内核模块。 |
| /proc/mount | 挂载文件系统信息。 |
| /proc/stat | 显示当前系统的详细统计信息。 |
| /proc/swaps | 包含交换文件信息。 |
版本信息文件
- /version：显示 Linux 版本信息。
日志文件
日志文件及其描述如下表：
| 日志文件 | 描述 |
|---|---|
| /var/log/lastlog | 存储用户的最后登录信息。 |
| /var/log/messages | 包含所有全局系统消息。 |
| /var/log/wtmp | 保留登录和注销信息的历史记录。 |
要检查 Linux 目录，可以打开终端并执行 cd / 切换到根目录，列举根目录下所有可用目录的列表使用 ls 指令，如下所示。
到此为止，我们已经把 Linux中的目录和文件都系统性的总结完了，接下来，我们需要说说 Linux中一切皆文件的设计思想。
一切皆文件的设计思想
在 Linux 中“一切皆文件”这一理念是其设计哲学的核心之一，这个理念有助于简化系统的设计和使用，使得不同类型的资源可以通过统一的接口进行管理和访问。这种设计哲学有以下几个主要原因和优势：
统一接口
通过将所有资源（包括硬件设备、进程、网络接口等）都视为文件，Linux 提供了一个统一的接口来访问和管理这些资源。这样，用户和程序不需要为不同类型的资源编写不同的代码，只需使用标准的文件操作接口（如打开、读取、写入和关闭文件）即可。
简化编程
因为所有资源都被视为文件，程序员可以使用相同的系统调用来操作不同类型的资源。这大大简化了编程任务，使得代码更容易编写、阅读和维护。
灵活性
这种设计使得系统更具灵活性。例如，通过创建设备文件（如 /dev/sda1）可以轻松地访问硬件设备，而无需了解底层的硬件细节。也可以通过挂载网络文件系统来访问远程资源，就像访问本地文件一样。
模块化设计
Linux 系统的模块化设计允许不同的文件系统、设备驱动和其他内核模块通过统一的文件接口进行集成和交互。这使得系统可以更容易地扩展和维护。
易于调试和监控
因为所有资源都可以通过文件系统访问，系统管理员可以使用熟悉的文件操作工具（如 cat、ls、echo 等）来调试和监控系统。例如，可以通过访问 /proc 文件系统来查看和修改内核参数，或通过 /sys 文件系统来查看和控制硬件设备。
增强安全性
通过将资源表示为文件，Linux 可以利用文件系统的权限机制来控制对这些资源的访问。这有助于增强系统的安全性，因为可以精确地控制哪些用户和进程可以访问哪些资源。
下面，我们将使用 Python 代码来读取一个普通文件、访问一个设备文件和读取 /proc 文件系统中的信息：
import os
def read_text_file(file_path):
with open(file_path, 'r') as file:
return file.read()
def read_device_file(device_path):
with open(device_path, 'rb') as file:
return file.read(1024) # 读取前 1024 字节
def read_proc_file(proc_path):
with open(proc_path, 'r') as file:
return file.read()
if __name__ == "__main__":
# 读取普通文件
text_file_content = read_text_file('/etc/hostname')
print("Content of /etc/hostname:")
print(text_file_content)
# 读取设备文件（需要超级用户权限）
try:
device_file_content = read_device_file('/dev/sda')
print("\nContent of /dev/sda (first 1024 bytes):")
print(device_file_content)
except PermissionError:
print("\nPermission denied: Unable to read /dev/sda. Please run as root.")
# 读取 /proc 文件系统中的信息
proc_file_content = read_proc_file('/proc/cpuinfo')
print("\nContent of /proc/cpuinfo:")
print(proc_file_content)
代码解释
- 读取普通文件：使用 read_text_file 函数读取 /etc/hostname 文件的内容，并将其打印出来。
- 读取设备文件：使用 read_device_file 函数尝试读取 /dev/sda 设备文件的前 1024 字节内容。这需要超级用户权限，如果权限不足，会捕获 PermissionError 异常并打印提示信息。
- 读取 /proc 文件系统中的信息：使用 read_proc_file 函数读取 /proc/cpuinfo 文件的内容，并将其打印出来。这个文件包含关于 CPU 的详细信息。
通过这个示例，我们可以看到如何在 Linux 中使用统一的文件接口来访问不同类型的资源，包括普通文件、设备文件和虚拟文件系统中的信息。
总结
本文，我们系统性的总结了 Linux的目录和文件，作为程序员，我们很多时候都需要和 Linux或者类 Linux系统打交道，因此，如果我们能正确理解 Linux 目录和文件结构，就可以快速的适应和掌握 Linux的相关知识。