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詮釋 Linux 中“一切都是文件”概念和相應的文件類型

作者：Aaron Kili
系統 Linux 系統運維
在 Unix 和它衍生的比如 Linux 系統中，一切都可以看做文件。雖然 Linux 系統中文件和目錄沒有什么不同，但目錄還有一個重要的功能，那就是有結構性的分組存儲其它文件，以方便查找訪問。所有的硬件組件都表示為文件，系統使用這些文件來與硬件通信。

在 Unix 和它衍生的比如 Linux 系統中，一切都可以看做文件。雖然它僅僅只是一個泛泛的概念，但這是事實。如果有不是文件的，那它一定是正運行的進程。

要理解這點，可以舉個例子，您的根目錄(/)的空間充斥著不同類型的 Linux 文件。當您創建一個文件或向系統傳輸一個文件時，它會在物理磁盤上占據的一些空間，而且是一個特定的格式(文件類型)。

雖然 Linux 系統中文件和目錄沒有什么不同，但目錄還有一個重要的功能，那就是有結構性的分組存儲其它文件，以方便查找訪問。所有的硬件組件都表示為文件，系統使用這些文件來與硬件通信。

這些思想是對 Linux 中的各種事物的重要闡述，因此像文檔、目錄(Mac OS X 和 Windows 系統下稱之為文件夾)、鍵盤、監視器、硬盤、可移動媒體設備、打印機、調制解調器、虛擬終端，還有進程間通信(IPC)和網絡通信等輸入/輸出資源都是定義在文件系統空間下的字節流。

一切都可看作是文件，其最顯著的好處是對于上面所列出的輸入/輸出資源，只需要相同的一套 Linux 工具、實用程序和 API。

雖然在 Linux 中一切都可看作是文件，但也有一些特殊的文件，比如套接字和命令管道。

Linux 文件類型的不同之處?

Linux 系統中有三種基本的文件類型：

  • 普通/常規文件
  • 特殊文件
  • 目錄文件

普通/常規文件

它們是包含文本、數據、程序指令等數據的文件，其在 Linux 系統中是最常見的一種。包括如下：

  • 可讀文件
  • 二進制文件
  • 圖像文件
  • 壓縮文件等等

特殊文件

特殊文件包括以下幾種：

塊文件(block)：設備文件，對訪問系統硬件部件提供了緩存接口。它們提供了一種通過文件系統與設備驅動通信的方法。

有關于塊文件一個重要的性能就是它們能在指定時間內傳輸大塊的數據和信息。

列出某目錄下的塊文件：

  1. # ls -l /dev | grep "^b" 

輸出例子

  1. brw-rw----  1 root disk        7,   0 May 18 10:26 loop0 
  2. brw-rw----  1 root disk        7,   1 May 18 10:26 loop1 
  3. brw-rw----  1 root disk        7,   2 May 18 10:26 loop2 
  4. brw-rw----  1 root disk        7,   3 May 18 10:26 loop3 
  5. brw-rw----  1 root disk        7,   4 May 18 10:26 loop4 
  6. brw-rw----  1 root disk        7,   5 May 18 10:26 loop5 
  7. brw-rw----  1 root disk        7,   6 May 18 10:26 loop6 
  8. brw-rw----  1 root disk        7,   7 May 18 10:26 loop7 
  9. brw-rw----  1 root disk        1,   0 May 18 10:26 ram0 
  10. brw-rw----  1 root disk        1,   1 May 18 10:26 ram1 
  11. brw-rw----  1 root disk        1,  10 May 18 10:26 ram10 
  12. brw-rw----  1 root disk        1,  11 May 18 10:26 ram11 
  13. brw-rw----  1 root disk        1,  12 May 18 10:26 ram12 
  14. brw-rw----  1 root disk        1,  13 May 18 10:26 ram13 
  15. brw-rw----  1 root disk        1,  14 May 18 10:26 ram14 
  16. brw-rw----  1 root disk        1,  15 May 18 10:26 ram15 
  17. brw-rw----  1 root disk        1,   2 May 18 10:26 ram2 
  18. brw-rw----  1 root disk        1,   3 May 18 10:26 ram3 
  19. brw-rw----  1 root disk        1,   4 May 18 10:26 ram4 
  20. brw-rw----  1 root disk        1,   5 May 18 10:26 ram5 
  21. ... 

字符文件(Character)： 也是設備文件，對訪問系統硬件組件提供了非緩沖串行接口。它們與設備的通信工作方式是一次只傳輸一個字符的數據。

列出某目錄下的字符文件：

  1. # ls -l /dev | grep "^c" 

輸出例子

  1. crw-------  1 root root       10, 235 May 18 15:54 autofs 
  2. crw-------  1 root root       10, 234 May 18 15:54 btrfs-control 
  3. crw-------  1 root root        5,   1 May 18 10:26 console 
  4. crw-------  1 root root       10,  60 May 18 10:26 cpu_dma_latency 
  5. crw-------  1 root root       10, 203 May 18 15:54 cuse 
  6. crw-------  1 root root       10,  61 May 18 10:26 ecryptfs 
  7. crw-rw----  1 root video      29,   0 May 18 10:26 fb0 
  8. crw-rw-rw-  1 root root        1,   7 May 18 10:26 full 
  9. crw-rw-rw-  1 root root       10, 229 May 18 10:26 fuse 
  10. crw-------  1 root root      251,   0 May 18 10:27 hidraw0 
  11. crw-------  1 root root       10, 228 May 18 10:26 hpet 
  12. crw-r--r--  1 root root        1,  11 May 18 10:26 kmsg 
  13. crw-rw----+ 1 root root       10, 232 May 18 10:26 kvm 
  14. crw-------  1 root root       10, 237 May 18 10:26 loop-control 
  15. crw-------  1 root root       10, 227 May 18 10:26 mcelog 
  16. crw-------  1 root root      249,   0 May 18 10:27 media0 
  17. crw-------  1 root root      250,   0 May 18 10:26 mei0 
  18. crw-r-----  1 root kmem        1,   1 May 18 10:26 mem 
  19. crw-------  1 root root       10,  57 May 18 10:26 memory_bandwidth 
  20. crw-------  1 root root       10,  59 May 18 10:26 network_latency 
  21. crw-------  1 root root       10,  58 May 18 10:26 network_throughput 
  22. crw-rw-rw-  1 root root        1,   3 May 18 10:26 null 
  23. crw-r-----  1 root kmem        1,   4 May 18 10:26 port 
  24. crw-------  1 root root      108,   0 May 18 10:26 ppp 
  25. crw-------  1 root root       10,   1 May 18 10:26 psaux 
  26. crw-rw-rw-  1 root tty         5,   2 May 18 17:40 ptmx 
  27. crw-rw-rw-  1 root root        1,   8 May 18 10:26 random 

符號鏈接文件(Symbolic link) ： 符號鏈接是指向系統上其他文件的引用。因此，符號鏈接文件是指向其它文件的文件，那些文件可以是目錄或常規文件。

列出某目錄下的符號鏈接文件： 

  1. # ls -l /dev/ | grep "^l" 

輸出例子

  1. lrwxrwxrwx  1 root root             3 May 18 10:26 cdrom -> sr0 
  2. lrwxrwxrwx  1 root root            11 May 18 15:54 core -> /proc/kcore 
  3. lrwxrwxrwx  1 root root            13 May 18 15:54 fd -> /proc/self/fd 
  4. lrwxrwxrwx  1 root root             4 May 18 10:26 rtc -> rtc0 
  5. lrwxrwxrwx  1 root root             8 May 18 10:26 shm -> /run/shm 
  6. lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stderr -> /proc/self/fd/2 
  7. lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stdin -> /proc/self/fd/0 
  8. lrwxrwxrwx  1 root root            15 May 18 15:54 stdout -> /proc/self/fd/1 

Linux 中使用 ln 工具就可以創建一個符號鏈接文件，如下所示：

  1. # touch file1.txt 
  2. # ln -s file1.txt /home/tecmint/file1.txt  [創建符號鏈接文件] 
  3. # ls -l /home/tecmint/ | grep "^l"         [列出符號鏈接文件] 

在上面的例子中，首先我們在 /tmp 目錄創建了一個名叫 file1.txt 的文件，然后創建符號鏈接文件，將 /home/tecmint/file1.txt 指向 /tmp/file1.txt 文件。

管道(Pipe)和命令管道(Named pipe) : 將一個進程的輸出連接到另一個進程的輸入，從而允許進程間通信(IPC)的文件。

命名管道實際上是一個文件，用來使兩個進程彼此通信，就像一個 Linux 管道一樣。

列出某目錄下的管道文件：

  1. # ls -l | grep "^p" 

輸出例子：

  1. prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe1 
  2. prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe2 
  3. prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe3 
  4. prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe4 
  5. prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe5 

在 Linux 中可以使用 mkfifo 工具來創建一個命名管道，如下所示：

  1. # mkfifo pipe1 
  2. # echo "This is named pipe1" > pipe1 

在上的例子中，我們創建了一個名叫 pipe1 的命名管道，然后使用 echo 命令 加入一些數據，這之后在處理輸入的數據時 shell 就變成非交互式的了(LCTT 譯注：被管道占住了)。

然后，我們打開另外一個 shell 終端，運行另外的命令來打印出剛加入管道的數據。

  1. # while read line ;do echo "This was passed-'$line' "; done<pipe1 

套接字文件(socket) ： 提供進程間通信方法的文件，它們能在運行在不同環境中的進程之間傳輸數據和信息。

這就是說，套接字可以為運行網絡上不同機器中的進程提供數據和信息傳輸。

一個 socket 運行的例子就是網頁瀏覽器連接到網站服務器的過程。

  1. # ls -l /dev/ | grep "^s" 

輸出例子：

  1. srw-rw-rw- 1 root root 0 May 18 10:26 log 

下面是使用 C 語言編寫的調用 socket() 系統調用的例子。

  1. int socket_desc= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); 

上例中：

  • AF_INET 指的是地址域(IPv4)
  • SOCK_STREAM 指的是類型(默認使用 TCP 協議連接)
  • 0 指協議(IP 協議)

使用 socket_desc 來引用管道文件，它跟文件描述符是一樣的，然后再使用系統函數 read() 和 write() 來分別從這個管道文件讀寫數據。

目錄文件

這是一些特殊的文件，既可以包含普通文件又可包含其它的特殊文件，它們在 Linux 文件系統中是以根(/)目錄為起點分層組織存在的。

列出某目錄下的目錄文件：

  1. # ls -l / | grep "^d"  

輸出例子：

  1. drwxr-xr-x   2 root root  4096 May  5 15:49 bin 
  2. drwxr-xr-x   4 root root  4096 May  5 15:58 boot 
  3. drwxr-xr-x   2 root root  4096 Apr 11  2015 cdrom 
  4. drwxr-xr-x  17 root root  4400 May 18 10:27 dev 
  5. drwxr-xr-x 168 root root 12288 May 18 10:28 etc 
  6. drwxr-xr-x   3 root root  4096 Apr 11  2015 home 
  7. drwxr-xr-x  25 root root  4096 May  5 15:44 lib 
  8. drwxr-xr-x   2 root root  4096 May  5 15:44 lib64 
  9. drwx------   2 root root 16384 Apr 11  2015 lost+found 
  10. drwxr-xr-x   3 root root  4096 Apr 10  2015 media 
  11. drwxr-xr-x   3 root root  4096 Feb 23 17:54 mnt 
  12. drwxr-xr-x  16 root root  4096 Apr 30 16:01 opt 
  13. dr-xr-xr-x 223 root root     0 May 18 15:54 proc 
  14. drwx------  19 root root  4096 Apr  9 11:12 root 
  15. drwxr-xr-x  27 root root   920 May 18 10:54 run 
  16. drwxr-xr-x   2 root root 12288 May  5 15:57 sbin 
  17. drwxr-xr-x   2 root root  4096 Dec  1  2014 srv 
  18. dr-xr-xr-x  13 root root     0 May 18 15:54 sys 
  19. drwxrwxrwt  13 root root  4096 May 18 17:55 tmp 
  20. drwxr-xr-x  11 root root  4096 Mar 31 16:00 usr 
  21. drwxr-xr-x  12 root root  4096 Nov 12  2015 var 

您可以使用 mkdir 命令來創建一個目錄。

  1. # mkdir -m 1666 tecmint.com 
  2. # mkdir -m 1666 news.tecmint.com 
  3. # mkdir -m 1775 linuxsay.com 

結論

現在應該對為什么 Linux 系統中一切都是文件以及 Linux 系統中可以存在哪些類型的文件有一個清楚的認識了。

您可以通過閱讀更多有關各個文件類型的文章和對應的創建過程等來增加更多知識。我希望這篇教程對您有所幫助。有任何疑問或有補充的知識，請留下評論，一起來討論。

責任編輯：龐桂玉 來源： segmentfault
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