1. 文件系統——磁盤分區、各目錄功能、硬盤

1、磁盤分區及文件訪問入口

在前文中介紹過，Linux的整個文件系統像一棵倒置的數，最頂層的是根文件系統，其下有不少一級子目錄，一級子目錄下面是二級子目錄，依此類推：

/：根目錄

/bin，/sbin：二進制程序，操做系統自身啓動運行就須要用到的程序。

/bin下爲普通用戶使用的程序；/sbin下爲管理員用戶使用的程序

/usr/bin，/usr/sbin：二進制程序，基本的系統管理工具。

 /usr/bin下的程序普通用戶都能用；

 /usr/sbin爲管理命令。

/usr/local/bin， /usr/local/sbin：第三方程序，和操做系統的基本啓 動運行無關，是管理員安裝的用於 管理操做系統的特定工具。

 

事實上，/，/bin，/sbin，/usr/bin，/usr/sbin， /usr/local/bin， /usr/local/sbin 能夠徹底存在於不一樣的磁盤分區上，儘管他們看起來都像是存在於/目錄之中的。

假設磁盤上一共有四個分區，其中根目錄位於1號分區，那麼全部對操做系統的訪問都必須以1號分區爲入口，由於全部的文件都是根/目錄下的文件，都以根目錄爲訪問入口，根/目錄有且僅有一個，因此訪問另外3個分區，就必須以根所在的1號分區爲入口，1號分區即根分區。

若是咱們但願另外3個分區中的某個分區，例如3號分區，也能派上用場，那麼就須要讓此分區下的文件和根目錄創建關聯關係。好比/usr這個目錄位於根/目錄之下，若是想把文件存入/usr這個目錄下，徹底能夠不存放在分區1下而存放在3號分區下，只須要讓文件和/usr目錄創建關聯關係。要注意的是，/usr目錄位於1號分區，/usr裏的文件位於3號分區。

  

根目錄下的目錄能夠關聯其餘的文件，而這些文件也能夠進一步關聯其餘的分區：若是/usr目錄下有一個名爲local的目錄，即/usr/local，存放在3號分區上，而local目錄又關聯了一個新的分區，4號分區，在4號分區上存放有bin目錄，即/usr/local/bin，這樣一來，/，/usr，/usr/local，/usr/local/bin分別關聯了1號、3號和4號分區。

事實上，文件所關聯的位置（或目錄），就是文件的入口。上述例子中，若是將4號分區拆卸下來，掛載到另外一個系統裏的某個目錄下，如/test目錄，那麼要訪問bin中的文件，就會以/test爲入口，即/test/bin，而看不到/usr/local了。

 

 以上就是linux 的分區形式，在邏輯上會給人以層次感，但在物理上各文件和目錄能夠是存在於不一樣的分區上的平行結構。

 

2、各目錄的功能

1. 庫目錄lib

所謂的庫，便是指的公共的功能模塊，全部的二進制文件都須要依賴於共享的庫賴運行。Linux的經過系統調用來操做內核，而系統調用過於複雜，爲了使程序可以順利運行，系統調用上存封裝了不少接口幫助程序進行系統調用，這些接口就是庫文件。

 

庫文件存放在lib目錄下，lib目錄服務於/bin和/sbin下的程序。/usr/lib也是庫目錄，能夠爲/usr/bin 和 /usr/sbin 提供庫，不過/usr/bin 和 /usr/sbin的庫不少也直接由/lib提供了；/usr/local/bin 和 /usr/local/sbin下的程序所依賴的特殊庫，一般由/usr/local/lib提供。

 

2. 配置文件

Linux中程序運行除了依賴於庫文件外，還依賴配置文件。/etc這個目錄一般爲/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin提供配置文件；而/usr/local/bin和/usr/local/sbin的配置文件，一般放在/usr/local/etc下，但也有可能直接存放在/etc下。

 

3. 臨時文件

一般程序在運行時會產生不少臨時文件，這些臨時文件多存放在/tmp目錄下。

 

4. /var目錄

/var目錄下存放的文件多爲內容常常變化的文件，主要有log，mail，cache等

A）日誌文件

若是要知道系統的運行情況，或者是文件被訪問的狀況，能夠查看日誌文件，Linux中的日誌文件多存放在/var/log中；

B）郵件緩存

/var/mail目錄多用來爲用戶提供郵件緩存；

C）緩存文件

/var/cache目錄主要用來存放緩存文件；

 

5. 僞文件系統/proc 和 /sys

A）內核映像 /proc

Linux的內核沒有配置文件，若是用戶想要自行定製內核的特性，只能在內核啓動時給內核傳遞參數，通常參數的傳遞經過grub（後文中會詳解）來實現。可是當系統啓動以後，想要查看或改變內核的特性，就須要用到/proc這個目錄，此目錄用來存放內核的輸出參數，每個參數在/proc目錄中都表現爲一個文件，故能夠經過修改/proc下的文件來模擬修改內核的運行參數，但要注意的是隻有有寫權限的參數才能修改，其餘的可能只能用來查看內核的參數。

  

B）硬件信息 /sys

和/proc相似，/sys也是僞文件系統。若是想要修改硬件的工做屬性，而非內核的運行參數，就須要經過修改/sys中的文件來實現。

 

6. 掛載目錄/media 和 /mnt

A）關聯便攜性設備：/media

B）關聯第二塊硬盤上的分區/mnt

上述兩個掛載目錄是一種約定俗成的掛載方式，若是不掛載在這兩個目錄下也是能夠的。

 

7.引導目錄/boot

/boot目錄時引導目錄，主要用來存放內核，操做系統的啓動和進程的管理都必須由內核來完成

 

8. 家目錄 /home

目前的操做系統基本上都是多任務多用戶的，每個用戶登錄到系統中，其每個操做都必然會處於一個目錄中，這個目錄就是用戶的工做目錄；而該用戶最初登錄到操做系統中，必然也會處於某個目錄中，且這個目錄一般用來存放和管理工做，該目錄即稱爲家目錄/home。在/home目錄下的/home/USERNAME 和 /root 都是用戶的家目錄。

 

9. 設備文件/dev

Linux所識別的任何一個硬件設備都存放在/dev目錄下，且每個硬件設備都有一個與之對應的文件，這個文件被做爲往該設備上存儲或讀取數據的入口。

Linux支持的設備類型主要有兩種，即：

 

b：塊設備，支持隨機訪問。鍵盤不屬於隨機設備，由於若是輸入的是ABC，則不會顯示爲BCA。

 

c：字符設備，也稱爲線性設備，即有必定的前後順序。

 

不一樣種類的設備在/dev上表現爲不一樣的文件，如：

IDE， ATA類的設備：顯示爲 /dev/hd[a-z]

常見的PC機上一般有兩個IDE插槽，每個槽上能夠接兩個IDE設備，一個主設備（master），一個從設備（slave），故一個PC機最多能接4塊IDE類的設備，即/dev/hda，/dev/hdb，/dev/hdc，/dev/hdd。一般狀況下第一個IDE控制器接兩塊硬盤，即/dev/hda，/dev/hdb；第二個IDE控制器接光驅設備，故光驅設備一般表現爲 /dev/hdc，因此虛擬機模擬光驅設備時，也使用的是hdc。

 

SCSI，SAS，SATA，USB 類的設備：被識別爲 /dev/sd[a-z]

因爲上述四種設備都表現爲sd，不管是光驅設備，仍是硬盤設備，都以/dev/sda, /dev/sdb...的形式表現，這樣必然會致使混淆的現象。爲了有效控制這種狀況，Linux引入了一個機制：udev。用戶能夠藉助udev來自行定義設備的名稱，如/dev/sata1，/dev/usb1等。

 

3、硬件設備簡介

 1. 硬盤設備：既支持隨機訪問，也支持線性訪問，但一般把它當作隨機存取訪問的塊設備。

 

 2. I/O，I/O Controller：控制器

   I/O Adapter：適配器

 

計算機的CPU在和不一樣的設備進行數據交互時，信號的傳遞機制是不同的，這就須要一個芯片來轉換或翻譯CPU的指令。好比CPU和顯卡進行數據交互時，就須要這種芯片來幫助顯卡完成指令，該芯片若是集成在主板上，就稱爲控制器（Controller），若是主板上沒有集成該芯片，那麼能夠經過主板上的擴展槽來外接芯片，這種不集成的芯片，稱爲適配器（Adapter）。

 

3. 硬盤

A）硬盤類型

硬盤根據其I/O控制器的不一樣，和工做屬性的不一樣會分紅不一樣的類型： 

IDE, ATA：並行通訊，133MB/s

  

串行通訊數據按順序單向傳輸，並行通訊多個數據能夠同時傳輸；直觀上並行傳輸的速度高於串行傳輸速度，但能夠串行通訊的也能夠經過提升傳輸速度來超越並行傳輸，例如並行傳輸速率爲每秒10bit，而串行傳輸的速率爲每秒100bit，那麼傳輸50bit的數據，串行傳輸頗有可能會快於並行傳輸，這依賴於傳輸的吞吐量。吞吐量即每秒能傳輸的數據量。

 

SATA：串行通訊（Serial），（SATA1）300MB/s，（SATA2）600MB/s，（SATA3）6Gb/s由ATA 發展而來，由於儘管並行數據傳輸速度快，但數據傳輸過程當中干擾嚴重，故發展SATA，經過提升吞吐量來實現傳輸速度的提升。

 

SCSI：Small Computer System Interface，小型計算機接口，並行傳輸，它比同期的IDE傳輸速度要快，（UtraSCSI）320MB/s，轉速一般爲10000RPM~15000RPM。

一般狀況下CPU每讀取4kb的數據，那麼即便僅讀取1MB的數據，CPU都須要在硬盤和內存中頻繁切換，這樣嚴重影響讀取速度。SCSI的好處就在於它自帶一個智能控制器，能夠控制數據的讀取和存放位置，相似於一個小型的CPU，從而能夠大大下降CPU的壓力，使CPU的資源從無謂的I/O操做中解放出來。

 

SAS：SCSI的串行版，它的傳輸速度比SCSI要快得多。儘管SCSI硬盤性能好且很智能，但隨着時代的發展，SCSI硬盤的技術已逐步被其串行版SAS所取代

 

SSD：Solid-State Disk，固態磁盤。它屬於閃存系列，但SSD的優點在於多個磁盤並行傳輸，使傳輸速度大爲提高，讀寫速度能達到500MB/s，且這個值爲真實速度而非理論值。 

 

USB：（1.1，2.0， 3.0）

 

B）硬盤工做原理

硬盤爲多個盤片組成，其中有一根軸將數個盤片串聯，在盤片飛速旋轉過程當中，盤片外有一根機械臂上帶有 盤片總數*2 的磁頭，這些磁頭用來讀取盤片上正反兩面的數據。                         

  

每一盤片被劃分爲數個同心圓，同心圓之間的圓環用來存放數據，此圓環稱爲磁道（Track），靠近圓心處的磁道轉過的距離小於外圍的磁道，且能存放的數據小於外圍的磁道，故越靠外的磁道存儲性能越好。不管是外圍仍是靠內的磁道，轉過的角度都是一致的，故此設備又稱爲固定角速度設備。

若是單純的使用磁道來存儲數據未免太過粗糙了，故能夠將磁道進一步劃分爲更小的單元，即扇區（Sector）。對於機械式硬盤來講，扇區是最小存儲單元。

若是一個扇區的大小是512個字節，那麼存放4kb的數據，則一共須要8個扇區，利用盤片正反兩面存取，則只用讓磁頭滑過4個扇區，可使存儲速度更快。

不一樣盤面上相同位置的磁道，組合起來造成桶狀結構，叫作柱面（Cylinder）。這種柱狀結構要求不一樣的盤片上磁道位置保持一致，故硬盤在讀取數據時不能震動，不然磁頭會劃壞硬盤。

如今假設要在10號柱面上讀取數據，而磁頭目前處於1號柱面，那麼機械臂會向內移動，使磁頭能接觸到10號柱面。當磁頭接觸到10號柱面了，但所要讀取的數據不在磁頭觸碰的扇區裏，這時磁頭就須要等待盤片轉動，直到目標數據所在的扇區下一次出現，這個等待所須要的時間，即爲等待時間，全部數據的等待時間叫作平均巡道時間。故磁盤轉動速度越快，等待時間越短，性能就越好。這種轉動速度表示爲RPM（Rotation Per Minute），即一分鐘多少轉。因爲磁盤轉速極快，會產生巨大熱量，故硬盤盒內需保持真空，以控制溫度。