附录A 文件与文件系统

什么是文件

知识点：UNIX中文件是字节流，一串0或多个字节，不区分二进制/文本的内部格式。
作用：设备、管道、普通文件全部统一抽象成字节流，读写接口完全一致，程序不用关心数据来源是磁盘、网卡、终端。

• 文本文件：字节流以LF(\n，十进制10)作为行结束；Windows是CRLF(\r\n)。
• 二进制文件：任意字节，文本文件属于二进制子集。
• 空文件：字节数为0，依然是合法文件，常用于标记状态（时间戳标记、告警占位）。
• 虚拟文件 /proc：不是磁盘上真实文件，内核向外暴露进程、硬件信息的虚拟字节流。

示例读取scsi硬件信息：

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cat /proc/scsi/scsi

警告：文本程序遇到超长行、不可打印控制字符，行为会不可预期。

文件如何命名

知识点1：文件名允许字符限制

• 禁止字符：NUL(0x00)、斜杠/。/是路径分隔符；NUL是C语言字符串结束标记。
• 现实最佳实践：只用ASCII字母、数字、-、_、.。
• 不推荐：空格、shell元字符* ? [] ! $、文件名以-开头（会被识别成命令选项）。

知识点2：大小写敏感 UNIX文件名区分大小写：readme、Readme、README是3个完全不同文件。

修改LC_ALL=C，启用传统ASCII排序。

知识点3：文件名长度限制

• NAME_MAX：单文件名最大字符数，POSIX最小14，现代系统普遍255。
• PATH_MAX：完整路径总字符上限。

查询系统限制示例：

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getconf NAME_MAX .     # 当前文件系统单文件名最大长度
getconf PATH_MAX .     # 当前文件系统完整路径最大长度

重要实操：shell脚本中，存放文件名的变量必须双引号包裹，应对文件名带空格、特殊字符。

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# 正确
rm "$filename"
# 错误，空格会分词
rm $filename

UNIX层级式文件系统

文件系统架构

知识点1：树状结构 根目录/，所有目录嵌套形成一棵树。 两个特殊目录：

• . 当前目录本身
• .. 父目录；根目录的..指向自己

知识点2：路径规则

1. 连续多个斜杠 //tmp///x等价于/tmp/x，POSIX标准会合并。
2. 路径末尾带/，语义代表这是目录。

知识点3：mount 挂载

作用：把一个文件系统“嫁接”到现有目录树上；被挂载目录原有内容会被隐藏，卸载后恢复。

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mount /mnt/cdrom     # 挂载光驱
umount /mnt/cdrom    # 卸载
mount                # 查看全部已挂载文件系统

配置文件：/etc/fstab，开机自动挂载配置。

排查无法umount：使用lsof查看哪些进程占用目录。

文件系统实现概况（inode核心）

知识点1：inode（索引节点）

作用：保存文件元数据：大小、权限、属主、时间戳、磁盘块位置；inode不保存文件名！ 文件名保存在目录文件里面：目录存储「文件名 ↔ inode编号」映射。

现实意义：

1. 同一个inode可以被多个目录条目引用 → 硬链接
2. 文件删除：只是删除目录条目；inode连接计数归0才真正释放磁盘块。

知识点2：硬链接 vs 符号链接（软链接）

示例，软链接循环报错：

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ln -s one two
ln -s two one
cat one
# cat: one: Too many levels of symbolic links

软链接移动坑：写相对路径的软链接，移动父目录还能正常；写绝对路径移动后大概率断裂。

设备作为UNIX文件

知识点：一切皆文件，设备放在/dev

作用：磁盘、声卡、串口全部抽象成文件，open/read/write统一操作。

常用特殊虚拟设备：

1. /dev/null：黑洞，写入全部丢弃，读取立刻返回EOF
2. /dev/tty：当前终端
3. /dev/urandom：获取系统随机字节，密码脚本常用

UNIX文件到底可以多大

1. 文件大小受inode存储的长度字段、磁盘块大小共同约束；老32位系统单文件上限约2GB。
2. 文件系统会预留一部分磁盘空间只允许root使用，防止普通用户把磁盘彻底打满系统崩溃。

查看文件系统磁盘空间：

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df      # 磁盘使用
df -i   # 查看inode使用量
du -s * # 查看目录占用大小

没有名称的文件

知识点：重定向的文件，进程内部不记住原始文件名

• /dev/stdin /dev/stdout /dev/stderr，部分系统提供。
• 命令惯例：单独一个-代表标准输入/标准输出。

UNIX文件属性

文件所有权与权限

知识点1：所有权 每个文件有 uid(用户ID)、gid(组ID)；数字ID才是内核识别的，用户名只是/etc/passwd做的映射。

知识点2：基础权限 r w x

对普通文件：

• r：读内容
• w：写修改内容
• x：可以执行（程序/脚本必须有x权限才能运行）

对目录含义完全不一样（高频考点）

• r：可以列出目录里面的文件名
• w：可以在目录创建、删除文件（哪怕你对这个文件没有写权限！）
• x：可以进入cd到此目录、可以访问目录下文件（必须知道文件名）

目录实操演示：

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mkdir test
chmod a-r test     # 取消读权限：ls test失败，但 ls test/the-file 若知道文件名仍可访问
chmod a-x test     # 取消执行权限：完全无法cd、无法访问内部任何文件

r （目录：Read）：读取这张表格 → 列出目录内文件名
通俗比喻：文件夹像一个带盒子：
r = 允许你掀开盒盖，浏览盒子里面全部纸条（文件名列表）
盒子盖子不让你掀开（无 r），但你已经提前记住纸条名字，你依旧伸手可以摸到那张纸条（前提要有 x，允许伸手进去）。

w（目录：Write）：修改这张表格 → 创建、删除、重命名条目
通俗比喻：文件夹像一个带盒子：
w = 允许你在盒子里新增、扔掉、改写纸条（增删/重命名文件名条目）
哪怕纸条上的内容你完全看不懂（文件本身没有读写权限），也依旧可以把纸条直接扔掉（删除文件）。

x（目录：Execute，搜索位）：进入目录、解析路径，访问内部条目
通俗比喻：文件夹像一个带盒子：
x = 允许你把手伸进盒子内部，定位摸到指定的某一张纸条（按文件名查找文件inode）
盒子不让你伸手进去（无 x），就算你牢牢记住所有纸条的名字，也碰不到盒子里任何一张纸条。

umask：新建文件/目录权限掩码

作用：不是设置权限，是 “要拿掉哪些权限位”。

计算规则：

• 新建文件原始最大权限：0666（rw‑rw‑rw‑，文件默认没有执行 x）
• 新建目录原始最大权限：0777（rwx‑rwx‑rwx，目录需要 x 进入）

最终权限 = 原始权限 减去 umask 掩码的权限位（按位掩码清除）

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umask          # 查看当前掩码
umask 027      # 设置掩码，新建文件拿掉组写、其他人读写执行
touch testfile

027 拆解

八进制 027，拆分成 3 组，分别对应 用户(u) 组(g) 其他(o)

• 第一位0：用户 u → 不拿掉任何权限
• 第二位2：组 g → 拿掉w(写)权限
• 第三位7：其他 o → 拿掉r w x全部三种权限

脚本最佳实践：脚本开头明确设置umask，放在一切创建文件操作之前。

① 新建普通文件：touch testfile

文件原始默认最大权限：0666 → -rw‑rw‑rw‑ 减去 umask 027：

• 用户：6‑0 =6 → rw‑
• 组：6‑2 =4 → r‑‑
• 其他：6‑7 =0 → ‑‑‑

testfile 最终权限：‑rw‑r‑‑‑‑‑（0640）

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umask 027
touch testfile
ls -l testfile
# -rw-r-----  1 xxx  xxx  0 xxx testfile

注意：普通文件天生不会自动带上执行 x，哪怕原始是 666，不是 777。touch 出来的文件永远没有 x 权限。

② 如果新建目录 mkdir testdir

目录原始最大权限是 0777，减去 umask 027

• 用户：7‑0 =7 → rwx
• 组：7‑2 =5 → r‑x
• 其他：7‑7 =0 → —

目录最终权限：drwxr‑x‑‑‑（0750）

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mkdir testdir
ls -ld testdir
# drwxr-x---  1 xxx  xxx  xxx testdir

特殊权限位：set‑uid、set‑gid、sticky粘滞位

1. set‑uid：执行进程拥有文件所有者权限。

重要警告：shell脚本不要设置set‑uid，有大量安全漏洞。

2. set‑gid：新建文件继承目录组ID；常用于协作目录。
3. sticky粘滞位：典型/tmp目录；目录开启后，用户只能删除自己创建的文件。

文件时间戳

inode维护3种时间戳

1. atime access：文件被读取访问时间
2. mtime modify：文件内容被修改时间
3. ctime change：inode元数据变更（权限、属主、硬链接增减）

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ls -l      # 展示 mtime 修改时间
ls -u      # 展示 atime 访问时间
ls -c      # 展示 ctime inode变更时间
touch file # 修改atime、mtime，不改动ctime

备份工具tar会修改atime，会破坏原始访问时间。

文件连接（硬链接/软链接补充）

1. 硬链接：同一个inode；修改任意文件名，全部链接同步看到变更；删除一个链接不会删除数据，链接计数归零才销毁。
2. 软链接：保存路径字符串；源文件删除，软链接变成断裂链接。

UNIX扩展文件名惯例

UNIX系统文件扩展名没有内核强制意义，仅仅是人约定俗成。 .sh shell脚本、.c C源码、.tar打包文件只是惯例；没有.exe概念，是否可执行看权限x位。

临时备份文件惯例：~、#后缀/前缀，编辑器自动生成备份。

小结

整理本书附录核心要点清单

1. UNIX把一切抽象字节流，普通文件、设备、proc虚拟文件统一处理。
2. inode保存文件元数据；目录保存文件名‑inode映射；硬链接、软链接机制。
3. 文件、目录的r/w/x权限含义目录和普通文件语义不一样；umask控制新建文件默认权限。
4. mount挂载构建文件系统树；/tmp使用sticky粘滞位保护公共目录。
5. 文件名要避开空格、特殊元字符，脚本变量引用文件名务必双引号"$var"。
6. 文件3种时间戳 atime/mtime/ctime，各自触发条件不同。