3.1 Linux文件結(jié)構(gòu)

你可能會(huì)問(wèn)；“為什么要在這里討論文件結(jié)構(gòu)呢？我早知道它了。”這么說(shuō)吧，與UNIX一樣，Linux環(huán)境中的文件具有特別重要的意義，因?yàn)樗鼈優(yōu)椴僮飨到y(tǒng)服務(wù)和設(shè)備提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而一致的接口。在Linux中，一切（或幾乎一切）都是文件。

這就意味著，通常程序完全可以像使用文件那樣使用磁盤(pán)文件、串行口、打印機(jī)和其他設(shè)備。在本書(shū)后面的內(nèi)容中，我們將介紹一些例外情況，比如第15章中的網(wǎng)絡(luò)連接。但大多數(shù)情況下，你只需要使用5個(gè)基本的函數(shù)——open、close、read、write和ioctl。

目錄也是文件，但它是一種特殊類(lèi)型的文件。在現(xiàn)代的UNIX（包括Linux）版本中，即使是超級(jí)用戶可能也不再被允許直接對(duì)目錄進(jìn)行寫(xiě)操作了。所有用戶通常都使用上層的opendir/readdir接口來(lái)讀取目錄，而無(wú)需了解特定系統(tǒng)中目錄實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)。我們將在本章的后面介紹專(zhuān)門(mén)的目錄函數(shù)。

可以這么說(shuō)，Linux中的任何事物都可以用一個(gè)文件來(lái)表示，或者通過(guò)特殊的文件提供。雖然它們會(huì)與你熟悉的傳統(tǒng)文件有一些細(xì)微的區(qū)別，但兩者的基本原理是一致的。下面就讓我們來(lái)看看到目前為止我們提到的一些特殊文件。

3.1.1 目錄

文件，除了本身包含的內(nèi)容以外，它還會(huì)有一個(gè)名字和一些屬性，即“管理信息”，包括文件的創(chuàng)建/修改日期和它的訪問(wèn)權(quán)限。這些屬性被保存在文件的inode（節(jié)點(diǎn)）中，它是文件系統(tǒng)中的一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)塊，它同時(shí)還包含文件的長(zhǎng)度和文件在磁盤(pán)上的存放位置。系統(tǒng)使用的是文件的inode編號(hào)，目錄結(jié)構(gòu)為文件命名僅僅是為了便于人們使用。

目錄是用于保存其他文件的節(jié)點(diǎn)號(hào)和名字的文件。目錄文件中的每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都是指向某個(gè)文件節(jié)點(diǎn)的鏈接，刪除文件名就等于刪除與之對(duì)應(yīng)的鏈接（文件的節(jié)點(diǎn)號(hào)可以通過(guò)ls -i命令查看）。你可以通過(guò)使用ln命令在不同的目錄中創(chuàng)建指向同一個(gè)文件的鏈接。

刪除一個(gè)文件時(shí)，實(shí)質(zhì)上是刪除了該文件對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)，同時(shí)指向該文件的鏈接數(shù)減1。該文件中的數(shù)據(jù)可能仍然能夠通過(guò)其他指向同一文件的鏈接訪問(wèn)到。如果指向某個(gè)文件的鏈接數(shù)（即ls -l命令的輸出中跟在訪問(wèn)權(quán)限后面的那個(gè)數(shù)字）變?yōu)榱悖捅硎驹摴?jié)點(diǎn)以及其指向的數(shù)據(jù)不再被使用，磁盤(pán)上的相應(yīng)位置就會(huì)被標(biāo)記為可用空間。

文件被安排在目錄中，目錄中可能還包含子目錄。這些構(gòu)成了我們所熟悉的文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)。用戶（比如neil）通常會(huì)將自己的文件保存在家目錄中，這可能是目錄/home/neil，該目錄還將包含用于保存電子郵件、商業(yè)信函、工具程序等的子目錄。注意，許多UNIX和Linux的shell都允許用戶通過(guò)波浪線符號(hào)（~）直接進(jìn)入自己的家目錄。要想進(jìn)入他人的家目錄，就鍵入~user（~加用戶名）即可。如你所知，每個(gè)用戶的家目錄通常是一個(gè)上層目錄的子目錄，這個(gè)上層目錄是專(zhuān)為此目的而創(chuàng)建的，在本例中，它就是/home目錄。

注意，糟糕的是，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)不能理解文件名參數(shù)中的shell波浪線速記符號(hào)，所以你必須始終在自己的程序中使用真實(shí)的文件名。

/home目錄本身又是根目錄/的一個(gè)子目錄，根目錄位于目錄層次的最頂端，它在它的各級(jí)子目錄中包含著系統(tǒng)中的所有文件。根目錄中通常包含用于存放系統(tǒng)程序（二進(jìn)制可執(zhí)行文件）的/bin子目錄、用于存放系統(tǒng)配置文件的/etc子目錄和用于存放系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)的/lib子目錄。代表物理設(shè)備并為這些設(shè)備提供接口的文件按照慣例會(huì)被放在/dev子目錄中。圖3-1顯示了一個(gè)典型的Linux目錄結(jié)構(gòu)的一部分。關(guān)于Linux文件系統(tǒng)布局的更多信息請(qǐng)見(jiàn)第18章中有關(guān)Linux文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的討論。

3.1.2 文件和設(shè)備

甚至硬件設(shè)備在Linux中通常也被表示（映射）為文件。例如，作為超級(jí)用戶，你可以使用如下命令將IDE CD-ROM驅(qū)動(dòng)器掛載為一個(gè)文件：

這個(gè)命令將CD-ROM設(shè)備（在本例中，是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)被裝載為/dev/hdc的第二個(gè)主IDE設(shè)備，其他類(lèi)型的設(shè)備對(duì)應(yīng)不同的/dev條目）中的當(dāng)前內(nèi)容掛載為/mnt/cdrom目錄下的文件結(jié)構(gòu)。然后，你就可以像往常一樣瀏覽CD-ROM的目錄，只不過(guò)該目錄中的內(nèi)容是只讀的。

UNIX和Linux中比較重要的設(shè)備文件有3個(gè)：/dev/console、/dev/tty和/dev/null。

1．/dev/console

這個(gè)設(shè)備代表的是系統(tǒng)控制臺(tái)。錯(cuò)誤信息和診斷信息通常會(huì)被發(fā)送到這個(gè)設(shè)備。每個(gè)UNIX系統(tǒng)都會(huì)有一個(gè)指定的終端或顯示屏用來(lái)接收控制臺(tái)消息。過(guò)去，它可能是一臺(tái)專(zhuān)用的打印終端。在現(xiàn)代的工作站和Linux上，它通常是“活躍”的虛擬控制臺(tái)；而在X視窗系統(tǒng)中，它會(huì)是屏幕上一個(gè)特殊的控制臺(tái)窗口。

2．/dev/tty

如果一個(gè)進(jìn)程有控制終端的話，那么特殊文件/dev/tty就是這個(gè)控制終端（鍵盤(pán)和顯示屏，或鍵盤(pán)和窗口）的別名（邏輯設(shè)備）。例如，由系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的進(jìn)程和腳本就沒(méi)有控制終端，所以它們不能打開(kāi)/dev/tty。

在能夠使用該設(shè)備文件的情況下，/dev/tty允許程序直接向用戶輸出信息，而不管用戶具體使用的是哪種類(lèi)型的偽終端或硬件終端。在標(biāo)準(zhǔn)輸出被重定向時(shí)，這一功能非常有用。使用命令ls -R |more顯示一個(gè)長(zhǎng)目錄列表就是一個(gè)這樣的例子，more程序需要提示用戶進(jìn)行鍵盤(pán)操作之后才能顯示下一頁(yè)內(nèi)容。你將在第5章中看到更多使用/dev/tty的例子。

注意，雖然/dev/console設(shè)備只有一個(gè)，但通過(guò)/dev/tty卻能夠訪問(wèn)許多不同的物理設(shè)備。

3．/dev/null

/dev/null文件是空（null）設(shè)備。所有寫(xiě)向這個(gè)設(shè)備的輸出都將被丟棄，而讀這個(gè)設(shè)備會(huì)立刻返回一個(gè)文件尾標(biāo)志，所以在cp命令里可以把它用做復(fù)制空文件的源文件。人們常把不需要的輸出重定向到/dev/null。

創(chuàng)建空文件的另一個(gè)方法是使用touch <filename>命令，該命令的作用是改變文件的修改時(shí)間。如果指定的文件不存在，就創(chuàng)建它，但該命令并不會(huì)把有內(nèi)容的文件變成空文件。

/dev目錄中的其他設(shè)備包括：硬盤(pán)和軟盤(pán)、通信端口、磁帶驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM、聲卡以及一些代表系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)的設(shè)備。該目錄中甚至還有/dev/zero設(shè)備，它可以作為創(chuàng)建空文件的null字節(jié)源。訪問(wèn)該目錄中的某些設(shè)備需要具有超級(jí)用戶權(quán)限，普通用戶不能通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)直接訪問(wèn)如硬盤(pán)這樣的底層設(shè)備。設(shè)備文件的名字會(huì)隨系統(tǒng)的不同而不同。Linux發(fā)行版通常都提供了以超級(jí)用戶身份運(yùn)行的應(yīng)用程序，用來(lái)管理那些以其他用戶身份無(wú)法訪問(wèn)的設(shè)備，例如，用于掛載文件系統(tǒng)的mount命令。

設(shè)備被分為字符設(shè)備和塊設(shè)備。兩者區(qū)別在于訪問(wèn)設(shè)備時(shí)是否需要一次讀寫(xiě)一整塊。一般情況下，塊設(shè)備是那些支持某些類(lèi)型文件系統(tǒng)的設(shè)備，例如硬盤(pán)。

在本章中，我們將集中討論磁盤(pán)文件和目錄。我們將在第5章中討論另一種設(shè)備——用戶終端。