文件系统

本篇定位

理解 Linux 的目录组织、文件类型、inode、软硬链接和挂载机制。 这些是理解"文件存在哪、为什么磁盘没满却写不进、开机如何挂载"的基础。

一、FHS 目录结构

Linux 各发行版遵循 FHS（Filesystem Hierarchy Standard，文件系统层次化标准），目录用途统一。

目录	作用
/	根目录，所有目录的起点
/etc	系统和服务的配置文件（纯文本），如 /etc/passwd、/etc/nginx/
/var	经常变化的数据：日志 /var/log、缓存 /var/cache、队列 /var/spool、运行库 /var/lib
/home	普通用户的家目录，如 /home/wiki
/root	root 用户的家目录
/usr	软件资源：命令 /usr/bin、/usr/sbin；本地编译安装放 /usr/local；文档 /usr/share
/bin /sbin	基础命令（现代系统已软链接到 /usr/bin、/usr/sbin）；sbin 多为管理员命令
/boot	引导文件：内核 vmlinuz、initramfs、grub
/dev	设备文件：硬盘 /dev/sda、/dev/null（黑洞）、/dev/zero（零）
/tmp	临时文件，重启会清空；/var/tmp 则保留
/opt	可选的第三方大型软件
/run	运行时数据（PID、socket），内存文件系统，重启清空
/mnt /media	挂载点：/mnt 手动临时挂载，/media 光盘/U 盘自动挂载
/lib /lib64	库文件与内核模块
/proc /sys	虚拟文件系统，见第六节

记忆重点

配置找 /etc，日志找 /var/log，自己的东西放 /home，手动装的软件放 /usr/local，临时挂载用 /mnt。

二、文件类型

ls -l 输出的第一位字符表示文件类型：

字符	类型	说明 / 例子
-	普通文件	文本、二进制程序、压缩包、图片等
d	目录 directory	文件夹
l	软链接 symbolic link	类似快捷方式，后面显示 -> 目标
c	字符设备 character	按字符流访问，如终端 /dev/tty、/dev/null
b	块设备 block	按块随机访问，如硬盘 /dev/sda
p	命名管道 pipe	FIFO，用于进程间通信
s	套接字 socket	进程/网络通信，如 /run/docker.sock

判断文件真实类型：

file /etc/passwd          # 识别文件真实格式（不看扩展名）
stat /etc/passwd          # 查看详细元数据
ls -l /dev/sda /dev/null  # 观察 b、c 设备

三、inode

1. inode 与 block

文件在磁盘上由两部分组成：

• block（数据块）：存放文件实际内容，常见块大小 4KB。
• inode（索引节点）：存放文件元数据。

inode 中记录：文件大小、权限、属主、属组、时间戳、数据块的指针（位置）。 inode 不含文件名——文件名存在"上级目录"的 block 中，目录本质是一张 文件名 → inode 号 的映射表。

ls -i file          # 查看 inode 号
stat file           # 查看 inode 全部信息（含三个时间戳）

时间戳	含义
atime	access，最后访问时间
mtime	modify，内容最后修改时间（最常用）
ctime	change，inode/属性最后变更时间

2. inode 也会被耗尽

df -h       # 查看磁盘空间（block）使用
df -i       # 查看 inode 使用情况

每个文件至少占用一个 inode。当存在海量小文件（缓存目录、邮件队列、崩溃转储等）时，可能磁盘空间还没满，但 inode 已耗尽（IUse% 100%），导致无法新建文件。

排查思路：

df -i                          # 找到 IUse% 100% 的分区
find /path -xdev -type f | wc -l     # 统计某目录文件数量，定位小文件集中地

经典故障现象

"No space left on device"，但 df -h 明明有空间——这时就要想到用 df -i 查 inode。

四、硬链接与软链接

1. 软链接（符号链接）

ln -s 目标路径 链接名
# 例：
ln -s /usr/local/python3.11 /usr/local/python3
readlink /usr/local/python3     # 查看软链接指向

软链接是一个独立的文件，内容是目标的路径（类似 Windows 快捷方式）：

• 可以跨文件系统、可以链接目录。
• 目标被删除后，软链接失效（红名/悬空链接）。

2. 硬链接

ln 源文件 硬链接名
# 例：
ln /data/a.txt /data/a.bak
ls -li /data/a.txt /data/a.bak   # 二者 inode 号相同，链接数为 2

硬链接让多个文件名指向同一个 inode（同一份数据）：

• 删除其中一个，只要链接数仍 > 0，数据还在。
• 不能跨文件系统，不能对目录创建。

3. 对比

对比项	硬链接	软链接
inode	与源相同	独立的新 inode
跨文件系统	不可以	可以
链接目录	不可以	可以
源删除后	数据仍在（链接数>0）	链接失效
典型场景	防误删、多入口、省空间	版本切换、路径兼容、快捷方式

五、文件系统与挂载

1. 常见文件系统类型

类型	说明
xfs	RHEL/CentOS 7+ 默认，高性能、适合大文件，支持在线扩容（不支持缩容）
ext4	Debian/Ubuntu 默认，稳定通用，支持缩容
swap	交换分区/交换文件
tmpfs	内存文件系统（如 /dev/shm、/run），重启清空
iso9660	光盘镜像
nfs	网络文件系统（远程挂载）

2. 挂载与卸载

挂载 = 把一个设备（分区）与一个目录关联，访问该目录即访问设备内容。

mount                    # 查看当前所有挂载
sudo mount /dev/sdb1 /mnt/data        # 把 sdb1 挂载到 /mnt/data
sudo umount /mnt/data                 # 卸载

卸载时提示 target is busy（设备正被占用）：

lsof /mnt/data           # 查看哪些进程占用
fuser -mv /mnt/data      # 或用 fuser 查看
# 退出占用进程/目录后再 umount

3. 用 UUID 标识设备

/dev/sdb1 这类名字可能因插拔顺序变化，UUID 全局唯一且稳定，推荐用它：

sudo blkid               # 查看各分区 UUID 和类型

4. 开机自动挂载 /etc/fstab

挂载信息写入 /etc/fstab，开机时自动挂载。一行 6 个字段：

# 设备/UUID              挂载点     类型    挂载选项   dump  fsck顺序
UUID=xxxx-xxxx           /data      xfs     defaults   0     0

sudo vim /etc/fstab      # 编辑
sudo mount -a            # 【关键】不重启立即测试 fstab 是否正确
df -h /data              # 确认已挂载

fstab 写错会导致开机失败

编辑 /etc/fstab 后务必执行 mount -a 验证，确认无报错再重启。写错可能让系统开机卡在挂载阶段。

六、虚拟文件系统

/proc 和 /sys 中的文件并不真实存在于磁盘，而是内核在内存中动态生成的，用于查看/调整内核状态。

/proc（进程与内核信息）

cat /proc/cpuinfo        # CPU 信息（等价 lscpu）
cat /proc/meminfo        # 内存信息（等价 free -h）
cat /proc/loadavg        # 系统负载
cat /proc/mounts         # 挂载信息
cat /proc/version        # 内核版本
ls /proc/$(pgrep -n nginx)   # 某进程的目录（PID 命名）

/proc/sys/ 下可临时调整内核参数（配合 sysctl，永久配置写 /etc/sysctl.conf，详见 内核调优）。

/sys（硬件与驱动）

sysfs，以规整的目录形式暴露硬件设备、驱动、内核模块信息：

ls /sys/class/net        # 网卡设备
ls /sys/block            # 块设备

相关速查

• Linux 命令速查
• 磁盘存储（LVM/RAID/分区）