Linux系統(tǒng)一般有4個主要部分：

內(nèi)核,、shell,、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序,。內(nèi)核、shell和文件系統(tǒng)一起形成了基本的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，它們使得用戶可以運行程序,、管理文件并使用系統(tǒng)。部分層次結(jié)構(gòu)如圖1-1所示,。

1. linux內(nèi)核

內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心,，具有很多最基本功能,，它負責管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存,、設(shè)備驅(qū)動程序,、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性,。

Linux 內(nèi)核由如下幾部分組成：內(nèi)存管理,、進程管理、設(shè)備驅(qū)動程序,、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理等,。如圖：

圖1

 系統(tǒng)調(diào)用接口：SCI 層提供了某些機制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用。這個接口依賴于體系結(jié)構(gòu),，甚至在相同的處理器家族內(nèi)也是如此,。SCI 實際上是一個非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實現(xiàn),，并在 ./linux/arch 中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分,。

1. 內(nèi)存管理 

對任何一臺計算機而言，其內(nèi)存以及其它資源都是有限的,。為了讓有限的物理內(nèi)存滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的大需求量,，Linux  采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。Linux  將內(nèi)存劃分為容易處理的“內(nèi)存頁”（對于大部分體系結(jié)構(gòu)來說都是 4KB）,。Linux 包括了管理可用內(nèi)存的方式,，以及物理和虛擬映射所使用的硬件機制。

不過內(nèi)存管理要管理的可不止 4KB 緩沖區(qū),。Linux 提供了對 4KB 緩沖區(qū)的抽象,，例如 slab 分配器。這種內(nèi)存管理模式使用 4KB 緩沖區(qū)為基數(shù),，然后從中分配結(jié)構(gòu),，并跟蹤內(nèi)存頁使用情況，比如哪些內(nèi)存頁是滿的,，哪些頁面沒有完全使用,，哪些頁面為空。這樣就允許該模式根據(jù)系統(tǒng)需要來動態(tài)調(diào)整內(nèi)存使用,。
為了支持多個用戶使用內(nèi)存,，有時會出現(xiàn)可用內(nèi)存被消耗光的情況。由于這個原因,，頁面可以移出內(nèi)存并放入磁盤中,。這個過程稱為交換，因為頁面會被從內(nèi)存交換到硬盤上。內(nèi)存管理的源代碼可以在 ./linux/mm 中找到,。

2 .進程管理

進程實際是某特定應(yīng)用程序的一個運行實體,。在 Linux  系統(tǒng)中，能夠同時運行多個進程,，Linux  通過在短的時間間隔內(nèi)輪流運行這些進程而實現(xiàn)“多任務(wù)”,。這一短的時間間隔稱為“時間片”,，讓進程輪流運行的方法稱為“進程調(diào)度” ,，完成調(diào)度的程序稱為調(diào)度程序。

進程調(diào)度控制進程對CPU的訪問,。當需要選擇下一個進程運行時,，由調(diào)度程序選擇最值得運行的進程?？蛇\行進程實際上是僅等待CPU資源的進程,，如果某個進程在等待其它資源，則該進程是不可運行進程,。Linux使用了比較簡單的基于優(yōu)先級的進程調(diào)度算法選擇新的進程,。

通過多任務(wù)機制，每個進程可認為只有自己獨占計算機,，從而簡化程序的編寫,。每個進程有自己單獨的地址空間，并且只能由這一進程訪問,，這樣,，操作系統(tǒng)避免了進程之間的互相干擾以及“壞”程序?qū)ο到y(tǒng)可能造成的危害。 為了完成某特定任務(wù),，有時需要綜合兩個程序的功能,，例如一個程序輸出文本，而另一個程序?qū)ξ谋具M行排序,。為此,，操作系統(tǒng)還提供進程間的通訊機制來幫助完成這樣的任務(wù)。Linux 中常見的進程間通訊機制有信號,、管道,、共享內(nèi)存、信號量和套接字等,。

內(nèi)核通過 SCI 提供了一個應(yīng)用程序編程接口（API）來創(chuàng)建一個新進程（fork,、exec 或 Portable Operating System Interface [POSⅨ] 函數(shù)），停止進程（kill,、exit）,，并在它們之間進行通信和同步（signal 或者 POSⅨ 機制）。

3. 文件系統(tǒng) 

和 DOS 等操作系統(tǒng)不同,，Linux 操作系統(tǒng)中單獨的文件系統(tǒng)并不是由驅(qū)動器號或驅(qū)動器名稱（如 A:  或 C:  等）來標識的,。相反,，和 UNIX  操作系統(tǒng)一樣，Linux 操作系統(tǒng)將獨立的文件系統(tǒng)組合成了一個層次化的樹形結(jié)構(gòu),，并且由一個單獨的實體代表這一文件系統(tǒng),。Linux  將新的文件系統(tǒng)通過一個稱為“掛裝”或“掛上”的操作將其掛裝到某個目錄上，從而讓不同的文件系統(tǒng)結(jié)合成為一個整體,。Linux  操作系統(tǒng)的一個重要特點是它支持許多不同類型的文件系統(tǒng),。Linux 中最普遍使用的文件系統(tǒng)是 Ext2，它也是 Linux  土生土長的文件系統(tǒng),。但 Linux  也能夠支持 FAT,、VFAT、FAT32,、MINIX 等不同類型的文件系統(tǒng),，從而可以方便地和其它操作系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。由于 Linux  支持許多不同的文件系統(tǒng),，并且將它們組織成了一個統(tǒng)一的虛擬文件系統(tǒng).

虛擬文件系統(tǒng)（VirtualFileSystem,VFS）:隱藏了各種硬件的具體細節(jié),，把文件系統(tǒng)操作和不同文件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)細節(jié)分離了開來，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口,，VFS提供了多達數(shù)十種不同的文件系統(tǒng),。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動程序。邏輯文件系統(tǒng)指Linux所支持的文件系統(tǒng),，如ext2,fat等,，設(shè)備驅(qū)動程序指為每一種硬件控制器所編寫的設(shè)備驅(qū)動程序模塊。

虛擬文件系統(tǒng)（VFS）是 Linux 內(nèi)核中非常有用的一個方面,，因為它為文件系統(tǒng)提供了一個通用的接口抽象,。VFS 在 SCI 和內(nèi)核所支持的文件系統(tǒng)之間提供了一個交換層。即VFS 在用戶和文件系統(tǒng)之間提供了一個交換層,。

VFS         在用戶和文件系統(tǒng)之間提供了一個交換層:

在 VFS 上面,，是對諸如 open、close,、read 和 write 之類的函數(shù)的一個通用 API 抽象,。在 VFS 下面是文件系統(tǒng)抽象，它定義了上層函數(shù)的實現(xiàn)方式,。它們是給定文件系統(tǒng)（超過 50 個）的插件,。文件系統(tǒng)的源代碼可以在 ./linux/fs 中找到。

文件系統(tǒng)層之下是緩沖區(qū)緩存,，它為文件系統(tǒng)層提供了一個通用函數(shù)集（與具體文件系統(tǒng)無關(guān)）,。這個緩存層通過將數(shù)據(jù)保留一段時間（或者隨即預(yù)先讀取數(shù)據(jù)以便在需要是就可用）優(yōu)化了對物理設(shè)備的訪問。緩沖區(qū)緩存之下是設(shè)備驅(qū)動程序，它實現(xiàn)了特定物理設(shè)備的接口,。

因此,，用戶和進程不需要知道文件所在的文件系統(tǒng)類型，而只需要象使用 Ext2  文件系統(tǒng)中的文件一樣使用它們,。

4. 設(shè)備驅(qū)動程序 

設(shè)備驅(qū)動程序是 Linux  內(nèi)核的主要部分,。和操作系統(tǒng)的其它部分類似，設(shè)備驅(qū)動程序運行在高特權(quán)級的處理器環(huán)境中,，從而可以直接對硬件進行操作,，但正因為如此，任何一個設(shè)備驅(qū)動程序的錯誤都可能導(dǎo)致操作系統(tǒng)的崩潰,。設(shè)備驅(qū)動程序?qū)嶋H控制操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的交互,。

設(shè)備驅(qū)動程序提供一組操作系統(tǒng)可理解的抽象接口完成和操作系統(tǒng)之間的交互，而與硬件相關(guān)的具體操作細節(jié)由設(shè)備驅(qū)動程序完成,。一般而言，設(shè)備驅(qū)動程序和設(shè)備的控制芯片有關(guān),，例如,，如果計算機硬盤是 SCSI  硬盤，則需要使用 SCSI  驅(qū)動程序,，而不是 IDE 驅(qū)動程序,。

5.網(wǎng)絡(luò)接口（NET）   

提供了對各種網(wǎng)絡(luò)標準的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序,。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負責實現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,。眾所周知，TCP/IP  協(xié)議是 Internet  的標準協(xié)議,，同時也是事實上的工業(yè)標準,。

Linux  的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)支持 BSD 套接字，支持全部的TCP/IP協(xié)議,。Linux內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)部分由BSD套接字,、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序組成。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序負責與硬件設(shè)備通訊,，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序,。

2 . linux shell

shell是系統(tǒng)的用戶界面，提供了用戶與內(nèi)核進行交互操作的一種接口,。它接收用戶輸入的命令并把它送入內(nèi)核去執(zhí)行,，是一個命令解釋器。另外,，shell編程語言具有普通編程語言的很多特點,，用這種編程語言編寫的shell程序與其他應(yīng)用程序具有同樣的效果。
目前主要有下列版本的shell。
1．Bourne Shell：是貝爾實驗室開發(fā)的,。
2．BASH：是GNU的Bourne Again Shell,，是GNU操作系統(tǒng)上默認的shell,大部分linux的發(fā)行套件使用的都是這種shell。
3．Korn Shell：是對Bourne SHell的發(fā)展,，在大部分內(nèi)容上與Bourne Shell兼容,。
4．C Shell：是SUN公司Shell的BSD版本。

3 . linux 文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)是文件存放在磁盤等存儲設(shè)備上的組織方法,。Linux系統(tǒng)能支持多種目前流行的文件系統(tǒng),，如EXT2、 EXT3,、 FAT,、 FAT32、 VFAT和ISO9660,。

3.1 文件類型

Linux下面的文件類型主要有：
1) 普通文件：C語言元代碼,、SHELL腳本、二進制的可執(zhí)行文件等,。分為純文本和二進制,。
2) 目錄文件：目錄，存儲文件的唯一地方,。
3) 鏈接文件：指向同一個文件或目錄的的文件,。
4) 設(shè)備文件：與系統(tǒng)外設(shè)相關(guān)的，通常在/dev下面,。分為塊設(shè)備和字符設(shè)備,。

5）管道(FIFO)文件 :  提供進程建通信的一種方式
6）套接字(socket) 文件： 該文件類型與網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)

可以通過ls –l, file, stat幾個命令來查看文件的類型等相關(guān)信息。

3.2  Linux目錄

文件結(jié)構(gòu)是文件存放在磁盤等存貯設(shè)備上的組織方法,。主要體現(xiàn)在對文件和目錄的組織上,。
目錄提供了管理文件的一個方便而有效的途徑。

Linux使用標準的目錄結(jié)構(gòu),，在安裝的時候,，安裝程序就已經(jīng)為用戶創(chuàng)建了文件系統(tǒng)和完整而固定的目錄組成形式，并指定了每個目錄的作用和其中的文件類型,。

完整的目錄樹可劃分為小的部分,，這些小部分又可以單獨存放在自己的磁盤或分區(qū)上。這樣,，相對穩(wěn)定的部分和經(jīng)常變化的部分可單獨存放在不同的分區(qū)中,，從而方便備份或系統(tǒng)管理。目錄樹的主要部分有 root,、/usr,、/var,、/home  等（圖2） 。這樣的布局可方便在 Linux 計算機之間共享文件系統(tǒng)的某些部分,。

圖2

Linux采用的是樹型結(jié)構(gòu),。最上層是根目錄，其他的所有目錄都是從根目錄出發(fā)而生成的,。

微軟的DOS和windows也是采用樹型結(jié)構(gòu),，但是在DOS和 windows中這樣的樹型結(jié)構(gòu)的根是磁盤分區(qū)的盤符，有幾個分區(qū)就有幾個樹型結(jié)構(gòu),，他們之間的關(guān)系是并列的,。最頂部的是不同的磁盤（分區(qū)），如：C,，D,，E，F(xiàn)等,。

但是在linux中,，無論操作系統(tǒng)管理幾個磁盤分區(qū)，這樣的目錄樹只有一個,。從結(jié)構(gòu)上講,，各個磁盤分區(qū)上的樹型目錄不一定是并列的。

3.3 Linux磁盤分區(qū)

一,、主分區(qū)，擴展分區(qū)和邏輯分區(qū)：　

linux分區(qū)不同于windows,硬盤和硬盤分區(qū)在Linux都表示為設(shè)備.

硬盤分區(qū)一共有三種：主分區(qū),，擴展分區(qū)和邏輯分區(qū),。

硬盤的分區(qū)主要分為主分區(qū)(Primary Partion)和擴展分區(qū)(Extension Partion)兩種，主分區(qū)和擴展分區(qū)的數(shù)目之和不能大于四個,。

主分區(qū)(Primary Partion)：可以馬上被使用但不能再分區(qū),。

擴展分區(qū)(Extension Partion)：必須再進行分區(qū)后才能使用，也就是說它必須還要進行二次分區(qū),。

邏輯分區(qū)（(Logical Partion)）：由擴展分區(qū)建立起來的分區(qū),。邏輯分區(qū)沒有數(shù)量上限制。

擴展分區(qū)只不過是邏輯分區(qū)的“容器”,，實際上只有主分區(qū)和邏輯分區(qū)進行數(shù)據(jù)存儲,。

二、Linux下硬盤分區(qū)的標識

硬盤分區(qū)的標識一般使用/dev/hd[a-z]X或者/dev/sd[a-z]X來標識,，其中[a-z]代表硬盤號,，X代表硬盤內(nèi)的分區(qū)號。

整塊硬盤分區(qū)的塊號標識:Linux下用hda,、hdb,、sda,、sdb 等來標識不同的硬盤;

其中：

IDE接口硬盤：表示為/dev/hda1、/dev/hdb …,；

SCSI 接口的硬盤,、SATA接口的硬盤表示為/dev/sda、/dev/sdb … … ,；

硬盤內(nèi)的分區(qū)：如果X的值是1到4,表示硬盤的主分區(qū)（包含擴展分區(qū)）,；邏輯分區(qū)從是從5開始的，比如/dev/hda5肯定是邏輯分區(qū)了,；

例如：

用hda1,、hda2、 hda5,、hda6 來標識不同的分區(qū),。其中，字母a 代表第一塊硬盤,，b代表第二塊硬盤,，依次類推。而數(shù)字1 代表一塊硬盤的第一個分區(qū),、2 代表第二個分區(qū),，依次類推。1 到4 對應(yīng)的是主分區(qū)(Primary Partition)或擴展分區(qū)(Extension Partition),。從5開始,，對應(yīng)的都是硬盤的邏輯分區(qū)(Logical Partition)。一塊硬盤即使只有一個主分區(qū),，邏輯分區(qū)也是從5開始編號的,，這點應(yīng)特別注意。

總結(jié)：一個硬盤分區(qū)首先要大確認在哪個硬盤,，然后再確認它所在硬盤內(nèi)的哪個分區(qū),。

對于/dev/hda 類似的表示方法，也并不寞生吧,；我們在Linux通過fdisk -l 就可以查到硬盤是/dev/hda還是/dev/hdb,；

請注意第一行， Disk /dev/hda: 80.0 GB, 80026361856 bytes ,，這個就是表示機器中只有一個硬盤設(shè)備/dev/hda ,，體積大小為 80.0G；下面的就是硬盤的分區(qū),，每個分區(qū)都有詳細的信息,，在這里不詳細說了；

Linux下磁盤分區(qū)和目錄的關(guān)系如下：

– 任何一個分區(qū)都必須掛載到某個目錄上,。

– 目錄是邏輯上的區(qū)分,。分區(qū)是物理上的區(qū)分,。

– 磁盤Linux分區(qū)都必須掛載到目錄樹中的某個具體的目錄上才能進行讀寫操作。

– 根目錄是所有Linux的文件和目錄所在的地方,，需要掛載上一個磁盤分區(qū),。

3.4 linux主要目錄的功用。

/bin 二進制可執(zhí)行命令
/dev 設(shè)備特殊文件
/etc 系統(tǒng)管理和配置文件
/etc/rc.d 啟動的配置文件和腳本
/home 用戶主目錄的基點,，比如用戶user的主目錄就是/home/user,，可以用~user表示
/lib 標準程序設(shè)計庫，又叫動態(tài)鏈接共享庫,，作用類似windows里的.dll文件
/sbin 系統(tǒng)管理命令,，這里存放的是系統(tǒng)管理員使用的管理程序
/tmp 公用的臨時文件存儲點
/root 系統(tǒng)管理員的主目錄（呵呵，特權(quán)階級）
/mnt 系統(tǒng)提供這個目錄是讓用戶臨時掛載其他的文件系統(tǒng),。
/lost+found 這個目錄平時是空的,，系統(tǒng)非正常關(guān)機而留下“無家可歸”的文件（windows下叫什么.chk）就在這里
/proc 虛擬的目錄，是系統(tǒng)內(nèi)存的映射,?？芍苯釉L問這個目錄來獲取系統(tǒng)信息。
/var 某些大文件的溢出區(qū),，比方說各種服務(wù)的日志文件
/usr 最龐大的目錄,，要用到的應(yīng)用程序和文件幾乎都在這個目錄。其中包含：
/usr/X11R6 存放X window的目錄
/usr/bin 眾多的應(yīng)用程序
/usr/sbin 超級用戶的一些管理程序
/usr/doc linux文檔
/usr/include linux下開發(fā)和編譯應(yīng)用程序所需要的頭文件
/usr/lib 常用的動態(tài)鏈接庫和軟件包的配置文件
/usr/man 幫助文檔
/usr/src 源代碼,，linux內(nèi)核的源代碼就放在/usr/src/linux里
/usr/local/bin 本地增加的命令
/usr/local/lib 本地增加的庫

3.5  linux文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)指文件存在的物理空間,，linux系統(tǒng)中每個分區(qū)都是一個文件系統(tǒng)，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu),。linux會將這些分屬不同分區(qū)的,、單獨的文件系統(tǒng)按一定的方式形成一個系統(tǒng)的總的目錄層次結(jié)構(gòu)。一個操作系統(tǒng)的運行離不開對文件的操作,，因此必然要擁有并維護自己的文件系統(tǒng)。

1.文件系統(tǒng)類型：
ext2 ： 早期linux中常用的文件系統(tǒng)
ext3 ： ext2的升級版,，帶日志功能
RAMFS ： 內(nèi)存文件系統(tǒng),，速度很快
NFS ： 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，由SUN發(fā)明,，主要用于遠程文件共享
MS-DOS ： MS-DOS文件系統(tǒng)
VFAT ： Windows 95/98 操作系統(tǒng)采用的文件系統(tǒng)
FAT ： Windows XP 操作系統(tǒng)采用的文件系統(tǒng)
NTFS： Windows NT/XP 操作系統(tǒng)采用的文件系統(tǒng)
HPFS ： OS/2 操作系統(tǒng)采用的文件系統(tǒng)
PROC : 虛擬的進程文件系統(tǒng)
ISO9660 ： 大部分光盤所采用的文件系統(tǒng)
ufsSun : OS 所采用的文件系統(tǒng)
NCPFS ： Novell 服務(wù)器所采用的文件系統(tǒng)
SMBFS ： Samba 的共享文件系統(tǒng)
XFS ： 由SGI開發(fā)的先進的日志文件系統(tǒng),，支持超大容量文件
JFS ：IBM的AIX使用的日志文件系統(tǒng)
ReiserFS : 基于平衡樹結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)
udf: 可擦寫的數(shù)據(jù)光盤文件系統(tǒng)

2.文件系統(tǒng)特性：

磁盤分區(qū)完畢后還需要進行格式化(format)，之后操作系統(tǒng)才能夠使用這個分區(qū),。 格式化的目的是能使操作系統(tǒng)可以使用的文件系統(tǒng)格式（即我們上面提到文件系統(tǒng)類型）.

每種操作系統(tǒng)能夠使用的文件系統(tǒng)并不相同. 如windows 98 以前的微軟操作系統(tǒng)主要利用的文件系統(tǒng)是 FAT (或 FAT16),，windows 2000 以后的版本有所謂的 NTFS 文件系統(tǒng)，至于 Linux 的正統(tǒng)文件系統(tǒng)則為 Ext2 (Linux second extended file system, ext2fs)這一個,。此外,，在默認的情況下,，windows 操作系統(tǒng)是不會認識 Linux 的 Ext2 的。

傳統(tǒng)的磁盤與文件系統(tǒng)之應(yīng)用中,，一個分區(qū)就是只能夠被格式化成為一個文件系統(tǒng),，所以我們可以說一個 filesystem 就是一個 partition。但是由于新技術(shù)的利用,，例如我們常聽到的LVM與軟件磁盤陣列(software raid),， 這些技術(shù)可以將一個分區(qū)格式化為多個文件系統(tǒng)(例如LVM)，也能夠?qū)⒍鄠€分區(qū)合成一個文件系統(tǒng)(LVM, RAID),！ 所以說,，目前我們在格式化時已經(jīng)不再說成針對 partition 來格式化了， 通常我們可以稱呼一個可被掛載的數(shù)據(jù)為一個文件系統(tǒng)而不是一個分區(qū)喔,！

那么文件系統(tǒng)是如何運行的呢,？這與操作系統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)有關(guān)。較新的操作系統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)除了文件實際內(nèi)容外,， 通常含有非常多的屬性,，例如 Linux 操作系統(tǒng)的文件權(quán)限(rwx)與文件屬性(擁有者、群組,、時間參數(shù)等),。 文件系統(tǒng)通常會將這兩部份的數(shù)據(jù)分別存放在不同的區(qū)塊，權(quán)限與屬性放置到 inode 中,，至于實際數(shù)據(jù)則放置到 data block 區(qū)塊中,。 另外，還有一個超級區(qū)塊 (superblock) 會記錄整個文件系統(tǒng)的整體信息,，包括 inode 與 block 的總量,、使用量、剩余量等,。

對于一個磁盤分區(qū)來說,，在被指定為相應(yīng)的文件系統(tǒng)后，整個分區(qū)被分為 1024,，2048 和 4096 字節(jié)大小的塊,。根據(jù)塊使用的不同，可分為：

1. 超級塊(Superblock): 這是整個文件系統(tǒng)的第一塊空間,。包括整個文件系統(tǒng)的基本信息,，如塊大小，inode/block的總量,、使用量,、剩余量，指向空間 inode 和數(shù)據(jù)塊的指針等相關(guān)信息,。
2. inode塊(文件索引節(jié)點) : 文件系統(tǒng)索引,記錄文件的屬性,。它是文件系統(tǒng)的最基本單元,，是文件系統(tǒng)連接任何子目錄、任何文件的橋梁,。每個子目錄和文件只有唯一的一個 inode 塊,。它包含了文件系統(tǒng)中文件的基本屬性(文件的長度、創(chuàng)建及修改時間,、權(quán)限,、所屬關(guān)系)、存放數(shù)據(jù)的位置等相關(guān)信息. 在 Linux 下可以通過 “l(fā)s -li” 命令查看文件的 inode 信息,。硬連接和源文件具有相同的 inode ,。
3. 數(shù)據(jù)塊(Block) :實際記錄文件的內(nèi)容，若文件太大時,，會占用多個 block,。為了提高目錄訪問效率，Linux 還提供了表達路徑與 inode 對應(yīng)關(guān)系的 dentry 結(jié)構(gòu),。它描述了路徑信息并連接到節(jié)點 inode,，它包括各種目錄信息，還指向了 inode 和超級塊,。

就像一本書有封面,、目錄和正文一樣。在文件系統(tǒng)中,，超級塊就相當于封面,，從封面可以得知這本書的基本信息； inode 塊相當于目錄,，從目錄可以得知各章節(jié)內(nèi)容的位置,；而數(shù)據(jù)塊則相當于書的正文，記錄著具體內(nèi)容,。

Linux正統(tǒng)的文件系統(tǒng)(如ext2,、3等)將硬盤分區(qū)時會劃分出超級塊、inode Table區(qū)塊和data block數(shù)據(jù)區(qū)域,。一個文件由一個超級塊,、inode和數(shù)據(jù)區(qū)域塊組成。Inode包含文件的屬性(如讀寫屬性,、owner等，以及指向數(shù)據(jù)塊的指針),，數(shù)據(jù)區(qū)域塊則是文件內(nèi)容,。當查看某個文件時，會先從inode table中查出文件屬性及數(shù)據(jù)存放點,，再從數(shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù),。

ext2文件系統(tǒng)示意圖

我們將 inode 與 block 區(qū)塊用圖解來說明一下,，如下圖所示，文件系統(tǒng)先格式化出 inode 與 block 的區(qū)塊,，假設(shè)某一個文件的屬性與權(quán)限數(shù)據(jù)是放置到 inode 4 號(下圖較小方格內(nèi)),，而這個 inode 記錄了文件數(shù)據(jù)的實際放置點為 2, 7, 13, 15 這四個 block 號碼，此時我們的操作系統(tǒng)就能夠據(jù)此來排列磁盤的閱讀順序,，可以一口氣將四個 block 內(nèi)容讀出來,！ 那么數(shù)據(jù)的讀取就如同下圖中的箭頭所指定的模樣了。

圖 inode/block 數(shù)據(jù)存取示意圖

這種數(shù)據(jù)存取的方法我們稱為索引式文件系統(tǒng)(indexed allocation),。那有沒有其他的慣用文件系統(tǒng)可以比較一下?。?有的,，那就是我們慣用的閃盤(閃存),，閃盤使用的文件系統(tǒng)一般為 FAT 格式。FAT 這種格式的文件系統(tǒng)并沒有 inode 存在,，所以 FAT 沒有辦法將這個文件的所有 block 在一開始就讀取出來,。每個 block 號碼都記錄在前一個 block 當中， 其讀取方式有點像下圖所示:

圖,、FAT文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取示意圖

上圖中我們假設(shè)文件的數(shù)據(jù)依序?qū)懭?->7->4->15號這四個 block 號碼中,， 但這個文件系統(tǒng)沒有辦法一口氣就知道四個 block 的號碼，他得要一個一個的將 block 讀出后,，才會知道下一個 block 在何處,。 如果同一個文件數(shù)據(jù)寫入的 block 分散的太過厲害時，則我們的磁盤讀取頭將無法在磁盤轉(zhuǎn)一圈就讀到所有的數(shù)據(jù),， 因此磁盤就會多轉(zhuǎn)好幾圈才能完整的讀取到這個文件的內(nèi)容,！

常常會聽到所謂的“碎片整理”吧？ 需要碎片整理的原因就是文件寫入的 block 太過于離散了,，此時文件讀取的效能將會變的很差所致,。 這個時候可以透過碎片整理將同一個文件所屬的 blocks 匯整在一起，這樣數(shù)據(jù)的讀取會比較容易??！ 想當然爾，F(xiàn)AT 的文件系統(tǒng)需要經(jīng)常的碎片整理一下,，那么 Ext2 是否需要磁盤重整呢,？

由于 Ext2 是索引式文件系統(tǒng)，基本上不太需要常常進行碎片整理的,。但是如果文件系統(tǒng)使用太久,， 常常刪除/編輯/新增文件時，那么還是可能會造成文件數(shù)據(jù)太過于離散的問題，此時或許會需要進行重整一下的,。 不過,，老實說，鳥哥倒是沒有在 Linux 操作系統(tǒng)上面進行過 Ext2/Ext3 文件系統(tǒng)的碎片整理說,！似乎不太需要啦,！^_^

可以用ln命令對一個已經(jīng)存在的文件再建立一個新的連接，而不復(fù)制文件的內(nèi)容,。連接有軟連接和硬連接之分,，軟連接又叫符號連接。它們各自的特點是：

硬連接：原文件名和連接文件名都指向相同的物理地址,。目錄不能有硬連接,；硬連接不能跨越文件系統(tǒng)（不能跨越不同的分區(qū)）文件在磁盤中只有一個拷貝，節(jié)省硬盤空間,；
由于刪除文件要在同一個索引節(jié)點屬于唯一的連接時才能成功,，因此可以防止不必要的誤刪除。

符號連接：用ln -s命令建立文件的符號連接符號連接是linux特殊文件的一種,，作為一個文件,，它的數(shù)據(jù)是它所連接的文件的路徑名。類似windows下的快捷方式,。
可以刪除原有的文件而保存連接文件,，沒有防止誤刪除功能。

這一段的的內(nèi)容過于抽象,，又是節(jié)點又是數(shù)組的,，我已經(jīng)盡量通俗再通俗了，又不好加例子作演示,。大家如果還是云里霧里的話,，我也沒有什么辦法了，只有先記住,，日后在實際應(yīng)用中慢慢體會,、理解了。這也是我學(xué)習(xí)的一個方法吧,。

3.6 文件系統(tǒng)在內(nèi)核中的表示

內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核的VFS子系統(tǒng)可以圖示如下：

文件與IO: 每個進程在PCB（Process Control Block）中都保存著一份文件描述符表,，文件描述符就是這個表的索引，每個表項都有一個指向已打開文件的指針,，現(xiàn)在我們明確一下：已打開的文件在內(nèi)核中用file結(jié)構(gòu)體表示,，文件描述符表中的指針指向file結(jié)構(gòu)體。

在file結(jié)構(gòu)體中維護File Status Flag（file結(jié)構(gòu)體的成員f_flags）和當前讀寫位置（file結(jié)構(gòu)體的成員f_pos）,。在上圖中,，進程1和進程2都打開同一文件，但是對應(yīng)不同的file結(jié)構(gòu)體，因此可以有不同的File Status Flag和讀寫位置,。file結(jié)構(gòu)體中比較重要的成員還有f_count，表示引用計數(shù)（Reference Count）,，后面我們會講到,，dup、fork等系統(tǒng)調(diào)用會導(dǎo)致多個文件描述符指向同一個file結(jié)構(gòu)體,，例如有fd1和fd2都引用同一個file結(jié)構(gòu)體,，那么它的引用計數(shù)就是2，當close(fd1)時并不會釋放file結(jié)構(gòu)體,，而只是把引用計數(shù)減到1,，如果再close(fd2)，引用計數(shù)就會減到0同時釋放file結(jié)構(gòu)體,，這才真的關(guān)閉了文件,。

每個file結(jié)構(gòu)體都指向一個file_operations結(jié)構(gòu)體，這個結(jié)構(gòu)體的成員都是函數(shù)指針,，指向?qū)崿F(xiàn)各種文件操作的內(nèi)核函數(shù),。比如在用戶程序中read一個文件描述符，read通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核,，然后找到這個文件描述符所指向的file結(jié)構(gòu)體,，找到file結(jié)構(gòu)體所指向的file_operations結(jié)構(gòu)體，調(diào)用它的read成員所指向的內(nèi)核函數(shù)以完成用戶請求,。在用戶程序中調(diào)用lseek,、read、write,、ioctl,、open等函數(shù)，最終都由內(nèi)核調(diào)用file_operations的各成員所指向的內(nèi)核函數(shù)完成用戶請求,。

file_operations結(jié)構(gòu)體中的release成員用于完成用戶程序的close請求,，之所以叫release而不叫close是因為它不一定真的關(guān)閉文件，而是減少引用計數(shù),，只有引用計數(shù)減到0才關(guān)閉文件,。對于同一個文件系統(tǒng)上打開的常規(guī)文件來說，read,、write等文件操作的步驟和方法應(yīng)該是一樣的,，調(diào)用的函數(shù)應(yīng)該是相同的，所以圖中的三個打開文件的file結(jié)構(gòu)體指向同一個file_operations結(jié)構(gòu)體,。如果打開一個字符設(shè)備文件,，那么它的read、write操作肯定和常規(guī)文件不一樣，不是讀寫磁盤的數(shù)據(jù)塊而是讀寫硬件設(shè)備,，所以file結(jié)構(gòu)體應(yīng)該指向不同的file_operations結(jié)構(gòu)體,，其中的各種文件操作函數(shù)由該設(shè)備的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)。

每個file結(jié)構(gòu)體都有一個指向dentry結(jié)構(gòu)體的指針,，“dentry”是directory entry（目錄項）的縮寫,。我們傳給open、stat等函數(shù)的參數(shù)的是一個路徑,，例如/home/akaedu/a,，需要根據(jù)路徑找到文件的inode。為了減少讀盤次數(shù),，內(nèi)核緩存了目錄的樹狀結(jié)構(gòu),，稱為dentry cache，其中每個節(jié)點是一個dentry結(jié)構(gòu)體,，只要沿著路徑各部分的dentry搜索即可,，從根目錄/找到home目錄,，然后找到akaedu目錄,，然后找到文件a,。dentry cache只保存最近訪問過的目錄項,，如果要找的目錄項在cache中沒有,，就要從磁盤讀到內(nèi)存中,。

每個dentry結(jié)構(gòu)體都有一個指針指向inode結(jié)構(gòu)體,。inode結(jié)構(gòu)體保存著從磁盤inode讀上來的信息,。在上圖的例子中,，有兩個dentry,，分別表示/home/akaedu/a和/home/akaedu/b，它們都指向同一個inode,，說明這兩個文件互為硬鏈接,。inode結(jié)構(gòu)體中保存著從磁盤分區(qū)的inode讀上來信息，例如所有者,、文件大小,、文件類型和權(quán)限位等。每個inode結(jié)構(gòu)體都有一個指向inode_operations結(jié)構(gòu)體的指針,，后者也是一組函數(shù)指針指向一些完成文件目錄操作的內(nèi)核函數(shù),。

和file_operations不同，inode_operations所指向的不是針對某一個文件進行操作的函數(shù),，而是影響文件和目錄布局的函數(shù),，例如添加刪除文件和目錄、跟蹤符號鏈接等等,，屬于同一文件系統(tǒng)的各inode結(jié)構(gòu)體可以指向同一個inode_operations結(jié)構(gòu)體,。

inode結(jié)構(gòu)體有一個指向super_block結(jié)構(gòu)體的指針,。super_block結(jié)構(gòu)體保存著從磁盤分區(qū)的超級塊讀上來的信息，例如文件系統(tǒng)類型,、塊大小等,。super_block結(jié)構(gòu)體的s_root成員是一個指向dentry的指針，表示這個文件系統(tǒng)的根目錄被mount到哪里,，在上圖的例子中這個分區(qū)被mount到/home目錄下,。

file、dentry,、inode、super_block這幾個結(jié)構(gòu)體組成了VFS的核心概念,。對于ext2文件系統(tǒng)來說,，在磁盤存儲布局上也有inode和超級塊的概念，所以很容易和VFS中的概念建立對應(yīng)關(guān)系,。而另外一些文件系統(tǒng)格式來自非UNIX系統(tǒng)（例如Windows的FAT32,、NTFS），可能沒有inode或超級塊這樣的概念,，但為了能mount到Linux系統(tǒng),，也只好在驅(qū)動程序中硬湊一下，在Linux下看FAT32和NTFS分區(qū)會發(fā)現(xiàn)權(quán)限位是錯的,，所有文件都是rwxrwxrwx,，因為它們本來就沒有inode和權(quán)限位的概念，這是硬湊出來的,。

3.6  掛載文件系統(tǒng)

linux系統(tǒng)中每個分區(qū)都是一個文件系統(tǒng),，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu)。linux會將這些分屬不同分區(qū)的,、單獨的文件系統(tǒng)按一定的方式形成一個系統(tǒng)的總的目錄層次結(jié)構(gòu),。這里所說的“按一定方式”就是指的掛載。

將一個文件系統(tǒng)的頂層目錄掛到另一個文件系統(tǒng)的子目錄上,，使它們成為一個整體,，稱為掛載。把該子目錄稱為掛載點.

例如要讀取硬盤中的一個格式化好的分區(qū),、光盤或軟件等設(shè)備時,，必須先把這些設(shè)備對應(yīng)到某個目錄上，而這個目錄就稱為“掛載點（mount point）”,，這樣才可以讀取這些設(shè)備,。 掛載后將物理分區(qū)細節(jié)屏蔽掉，用戶只有統(tǒng)一的邏輯概念,。所有的東西都是文件,。

注意：1,、掛載點必須是一個目錄。
2,、一個分區(qū)掛載在一個已存在的目錄上,，這個目錄可以不為空，但掛載后這個目錄下以前的內(nèi)容將不可用,。

對于其他操作系統(tǒng)建立的文件系統(tǒng)的掛載也是這樣,。但是需要理解的是：光盤、軟盤,、其他操作系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)的格式與linux使用的文件系統(tǒng)格式是不一樣的,。光盤是ISO9660；軟盤是fat16或ext2,；windows NT是fat16,、NTFS；windows98是fat16,、fat32,；windows2000和windowsXP是fat16、fat32,、 NTFS,。掛載前要了解linux是否支持所要掛載的文件系統(tǒng)格式。

掛載時使用mount命令,，其格式：mount [-參數(shù)] [設(shè)備名稱] [掛載點]
其中常用的參數(shù)有
-t 指定設(shè)備的文件系統(tǒng)類型（什么提到的文件類型）
-o 指定掛載文件系統(tǒng)時的選項,。有些也可用在/etc/fstab中。常用的有

codepage=XXX 代碼頁
iocharset=XXX 字符集
ro 以只讀方式掛載
rw 以讀寫方式掛載
nouser 使一般用戶無法掛載
user 可以讓一般用戶掛載設(shè)備

例如：

1. 掛載windows的文件系統(tǒng)：
1）首先我們使用sudo fdisk -l查看掛載的設(shè)備,，例如最下面有：/dev/hda5
2）mkdir創(chuàng)建一個目錄,，這里的目錄是作為掛在目錄，就是你要把E盤掛到這個目錄下：mk /mnt/winc
3）windows和linux使用的不是一個文件系統(tǒng),，一般情況下linux不掛載windows文件系統(tǒng),，所以要你手動mount：
# mount -t vfat /dev/hda5 /mnt/winc  （ -t vfat指出這里的文件系統(tǒng)fat32）
現(xiàn)在就可以進入/mnt/winc等目錄讀寫這些文件了。

2.掛載光盤：# mk /mnt/cdrom
# mount -t iso9660 /dev/cdrom /mnt/cdrom (關(guān)盤的名字一般都是cdrom,，這條命令一般都通用)

3.虛擬機共享文件夾：例如在VirtualBox下,，主機是Windows，Ubuntu是Guest,。共分三步：

1). 首先要安裝虛擬電腦工具包：在VirtualBox的菜單里選擇”設(shè)備”->”安裝虛擬電腦工具包”,，你會發(fā)現(xiàn)在Ubuntu桌面上多出一個光盤圖標，這張光盤默認被自動加載到了文件夾/media/cdom0,，而且/cdrom自動指向這個文件夾,。默認設(shè)置下文件管理器會自動打開這張光盤，可以看到里面有個”VBoxLinuxAdditions.run”文件,。打開一個命令行終端,，依次輸入”cd /cdrom”和”sudo sh ./VBoxLinuxAdditions.run”,，不含雙引號，開始安裝工具包,。安裝完畢,，會用英文提示要重啟Ubuntu，建議立刻重啟,。重啟后,，比較明顯的變化是鼠標是共享模式，并且剪貼板也和Windows共享了,。如果有這些變化,，說明虛擬電腦工具包已經(jīng)裝成功。

2). 下一步設(shè)置共享文件夾,。
在共享文件夾設(shè)置窗口中,，單擊右側(cè)的”添加一個共享文件夾”，路徑選擇你想要共享的Windows文件夾,，共享名任取一個自己喜歡的，比如”myshare”,，選項read-only是指是否只允許ubuntu讀這個文件夾,，請根據(jù)需要選擇這個選項。

3). 在ubuntu下掛載這個共享文件夾:sudo mount -t vboxsf myshare /media/share
其中”myshare”是之前取的共享文件夾的名字,，”/media/share”是要掛載到的目標文件.

3.7  自動掛載windows分區(qū)

每次開機訪問windows分區(qū)都要運行mount命令顯然太煩瑣,，為什么訪問其他的linux分區(qū)不用使用mount命令呢？

其實,，每次開機時,，linux自動將需要掛載的linux分區(qū)掛載上了。那么我們是不是可以設(shè)定讓linux在啟動的時候也掛載我們希望掛載的分區(qū),，如windows分區(qū),，以實現(xiàn)文件系統(tǒng)的自動掛載呢？

這是完全可以的,。在/etc目錄下有個fstab文件,，它里面列出了linux開機時自動掛載的文件系統(tǒng)的列表。我的/etc/fstab文件如下：
/dev/hda2 / ext3 defaults 1 1
/dev/hda1 /boot ext3 defaults 1 2
none /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0
none /proc proc defaults 0 0
none /dev/shm tmpfs defaults 0 0
/dev/hda3 swap swap defaults 0 0
/dev/cdrom /mnt/cdrom iso9660 noauto,codepage=936,iocharset=gb2312 0 0
/dev/fd0 /mnt/floppy auto noauto,owner,kudzu 0 0
/dev/hdb1 /mnt/winc vfat defaults,codepage=936,iocharset=cp936 0 0
/dev/hda5 /mnt/wind vfat defaults,codepage=936,iocharset=cp936 0 0

在/etc/fstab文件里,，第一列是掛載的文件系統(tǒng)的設(shè)備名,，第二列是掛載點，第三列是掛載的文件系統(tǒng)類型,，第四列是掛載的選項,，選項間用逗號分隔。第五六列不知道是什么意思,，還望高手指點,。

在最后兩行是我手工添加的windows下的C,；D盤，加了codepage=936和iocharset=cp936參數(shù)以支持中文文件名,。參數(shù)defaults實際上包含了一組默認參數(shù)：
rw 以可讀寫模式掛載
suid 開啟用戶ID和群組ID設(shè)置位
dev 可解讀文件系統(tǒng)上的字符或區(qū)塊設(shè)備
exec 可執(zhí)行二進制文件
auto 自動掛載
nouser 使一般用戶無法掛載
async 以非同步方式執(zhí)行文件系統(tǒng)的輸入輸出操作

大家可以看到在這個列表里,，光驅(qū)和軟驅(qū)是不自動掛載的，參數(shù)設(shè)置為noauto,。（如果你非要設(shè)成自動掛載,，你要確保每次開機時你的光驅(qū)和軟驅(qū)里都要有盤，呵呵,。)

3.8 .軟連接,、硬鏈接

可以用ln命令對一個已經(jīng)存在的文件再建立一個新的連接，而不復(fù)制文件的內(nèi)容,。連接有軟連接和硬連接之分,，軟連接又叫符號連接。它們各自的特點是：
硬連接：是給文件一個副本,，原文件名和連接文件名都指向相同的物理地址,。目錄不能有硬連接；硬連接不能跨越文件系統(tǒng)（不能跨越不同的分區(qū)）文件在磁盤中只有一個拷貝,，節(jié)省硬盤空間,；

修改其中一個，與其連接的文件同時被修改,。如果刪除其中任意一個其余的文件將不受影響,。
由于刪除文件要在同一個索引節(jié)點屬于唯一的連接時才能成功，因此可以防止不必要的誤刪除,。
符號連接（軟連接）：用ln -s命令建立文件的符號連接符號連接是linux特殊文件的一種,，作為一個文件，它的數(shù)據(jù)是它所連接的文件的路徑名,。類似windows下的快捷方式,。
當然刪除這個連接，也不會影響到源文件,，但對連接文件的使用,、引用都是直接調(diào)用源文件的。

具體關(guān)系可以看下圖：

圖5：軟鏈接和硬鏈接

從圖上可以看出硬鏈接和軟鏈接的區(qū)別：

1：硬鏈接原文件和新文件的inode編號一致,。而軟鏈接不一樣,。

2：對原文件刪除，會導(dǎo)致軟鏈接不可用,，而硬鏈接不受影響,。

3：對原文件的修改，軟,、硬鏈接文件內(nèi)容也一樣的修改,，因為都是指向同一個文件內(nèi)容的,。

3.9.文件目錄管理命令

磁盤和文件空間 ：fdisk df du

文件目錄與管理： cd pwd mkdir rmdir ls cp rm mv

查看文件內(nèi)容 cat、tac,、more,、less、head ,、tail

文件目錄與權(quán)限 ：chmod chown chgrp umask

文件查找：which,、whereis、locate,、find,、find

4. linux 應(yīng)用

標準的Linux系統(tǒng)一般都有一套都有稱為應(yīng)用程序的程序集，它包括文本編輯器,、編程語言,、X Window、辦公套件,、Internet工具和數(shù)據(jù)庫等,。

 5. linux內(nèi)核參數(shù)優(yōu)化

內(nèi)核參數(shù)是用戶和系統(tǒng)內(nèi)核之間交互的一個接口，通過這個接口,，用戶可以在系統(tǒng)運行的同時動態(tài)更新內(nèi)核配置,，而這些內(nèi)核參數(shù)是通過Linux Proc文件系統(tǒng)存在的。因此,，可以通過調(diào)整Proc文件系統(tǒng)達到優(yōu)化Linux性能的目的。