Linux 文件系统
# Linux 文件系统
Linux 的整体设计遵循模块化、分层架构和一切皆文件的核心理念，同时继承了 Unix 的设计哲学
在 Linux 中一切皆文件，不仅仅是平时所使用的 txt、pdf 等常见的文件，连 Linux 中的命令 cd、ifconfig 等也是以文件形式储存，网络接口卡、磁盘驱动器、打印机、输入输出设备等花里胡哨的东西也是文件。同时，这些设备驱动、文件系统的内核功能可动态加载卸载
# block 与 inode
既然一切都是文件，那这些文件应该存放在哪呢
我们先来了解计算机硬件的相关概念，磁盘中存放数据的最小也是基本单位是一个叫扇区的东西(Sector)，每个扇区存储 512 字节
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区
为了对扇区进行查找和管理，需要对扇区进行编号，扇区的编号从0磁道开始，起始扇区为1扇区，其后为2扇区、3扇区……，0磁道的扇区编号结束后，1磁道的起始扇区累计编号，直到最后一个磁道的最后一个扇区（n扇区）。例如，某个硬盘有1024个磁道，每个磁道划分为63个扇区，则0磁道的扇区号为1~63，1磁道的起始扇区号为64最后一个磁道的最后一个扇区号为64512
块(block)由多个扇区组成。文件数据存储在块中。块的最常见的大小是 4kb，约为 8 个连续的扇区组成。一个文件可能会占用多个 block，但是一个块只能存放一个文件
我们需要一个空间来存储文件的元信息：如某个文件被分成几块、每一块在的地址、文件拥有者，创建时间，权限，大小等。这种存储文件元信息的区域就叫 inode。 每个文件都有一个 inode，存储文件的元信息
操作系统自动将磁盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是 inode 区，存放 inode 所包含的信息
可以使用 stat 命令可以查看文件的 inode 信息
文件：vimrc
大小：1982 块：8 IO 块：4096 普通文件
设备：fd00h/64768d Inode：18069724 硬链接：1
权限：(0644/-rw-r--r--) Uid：( 0/ root) Gid：( 0/ root)
环境：system_u:object_r:etc_t:s0
最近访问：2022-07-27 09:40:38.884022629 +0800
最近更改：2022-06-27 21:47:04.000000000 +0800
最近改动：2022-07-27 09:24:57.405008730 +0800
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# 文件类型
在 Linux 中第一个字符代表这个文件是目录、文件或链接文件等等
普通文件：当为 - 则是文件，用于存储信息和数据， Linux用户可以根据访问权限对普通文件进行查看、更改和删除。比如：图片、声音、PDF、text、视频、源代码等等。
目录文件：当为 d 则是目录，目录也是文件的一种，用于表示和管理系统中的文件，目录文件中包含一些文件名和指向这些文件的指针。打开目录事实上就是打开目录文件
硬链接：多个文件名指向同一索引节点是存在的。一般这种连接就是硬连接。硬连接的作用是允许一个文件拥有多个有效路径名，这样用户就可以建立硬连接到重要文件，以防止误删的功能。而文件真正删除的条件是与之相关的所有硬连接文件均被删除
符号链接文件（软链接）：保留了指向文件的地址，而不是文件本身。实际上是一个文本文件，可以理解成 c 中的引用
管道文件：一种特殊类型的文件，用于进程之间的通信。
套接字：用于进程间的网络通信，也可以用于本机之间的非网络通信。
# 权限
Linux 系统是一个多用户多任务的分时操作系统，任何一个要使用系统资源的用户，都必须首先向系统管理员申请一个账号，然后以这个账号的身份进入系统
每个用户都有一个用户组，系统可以对一个用户组中的所有用户进行集中管理。不同 Linux 系统对用户组的规定有所不同，如 Linux 下的用户属于与它同名的用户组，这个用户组在创建用户时同时创建
完成用户管理的工作有许多种方法，但是每一种方法实际上都是对有关的系统文件进行修改。
与用户和用户组相关的信息都存放在一些系统文件中，这些文件包括 /etc/passwd, /etc/shadow,，/etc/group 等
在使用 ll 等命令查看文件的时候就会显示该文件对应的权限
有时会用1表示 r 权限，2表示 w 权限，4表示 x 权限，因此像是所有用户可读可写可执行就可以写为777，只需要9个 bit 就可以存放这些权限了
超级用户可以无视普通用户的权限，即使文件目录权限是 000，依旧可以访问
文件的所有者一般为文件的创建者，谁创建了该文件，就天然的成为该文件的所有者，用 ls ‐ahl 命令可以看到文件的所有者，也可以使用 chown 用户名 文件名来修改文件的所有者（chown 命令用于修改文件权限）
当某个用户创建了一个文件后，这个文件的所在组就是该用户所在的组用 ls ‐ahl命令可以看到文件的所有组也可以使用 chgrp 组名 文件名来修改文件所在的组
# 目录树
Liunx 不像 win，有C盘D盘，它只有一个目录树/，当然这个/也是个文件
所有可操作的计算机资源都存在于目录树这个结构中，对计算资源的访问，可以看做是对这棵目录树的访问，目录如下：
每个目录的意义：
/bin： 存放二进制可执行文件(ls、cat、mkdir 等)，常用命令一般都放在这里 /etc： 存放系统管理和配置文件，比如 hosts 等； /home： 存放所有用户文件的根目录，是用户主目录的基点，比如用户 user 的主目录就是 /home/user，可以用~user 表示，当前用户输入 ~ 即可回到自己的文件夹 /root： 超级用户（系统管理员）的主目录 /lib：lib 是 Library(库) 的缩写这个目录里存放着系统最基本的动态连接共享库，其作用类似于 Windows 里的 DLL 文件。几乎所有的应用程序都需要用到这些共享库 /opt：opt 是 optional(可选) 的缩写，这是给主机额外安装软件所摆放的目录。比如你安装一个 ORACLE 数据库，或者 tomcat 则就可以放到这个目录下。默认是空的 /usr：usr 是 unix shared resources(共享资源) 的缩写，这是一个非常重要的目录，这里面存放可分享的与不可变动的文件，系统在安装的时候就会将一些默认的软件安到这里面 /sbin：存放开机时需要用到的命令 /dev：一般来说 dev 是开发的意思，这个命令下挂载了很多硬件资源，任何装置与接口设备都是以文件的型态存在于这个目录当中的 /srv：是 server 的简写，存放了各种服务所需要的资源，比如可以在这下面的 www 文件夹下存放一些服务器所需要的 pdf 等文件 /media：媒体，用来存放（挂载）接入的临时文件，默认情况下 Linux 的外部接入的资源都会存放到这个目录下，比如软盘、光盘、DVD 等 /tmp：类似 media，都是存放临时文件的地方，让一般使用者或者是正在执行的程序暂时放置文件的地方
其他的目录在需要查找文件的时候去百度就可以了
# 挂载
所谓的挂载就是利用一个目录当成进入点，将磁盘分区槽的数据放置在该目录下； 也就是说，进入该目录就可以读取该分割槽的意思。这个动作我们称为挂载，那个进入点的目录我们称为挂载点
当在 Linux 系统中使用这些设备资源时，只有将 Linux 本身的文件目录与磁盘文件以及硬件设备的文件目录合二为一，硬件设备才能为我们所用。合二为一的过程称为“挂载”
如果不挂载，通过Linux系统中的图形界面系统可以查看找到硬件设备，但命令行方式无法找到
挂载，指的就是将设备文件中的顶级目录连接到 Linux 根目录下的某一目录（最好是空目录），访问此目录就等同于访问设备文件
将设备文件抽象一下，一些网络资源也可以用来挂载到 Linux 中的某一目录下
# 管道
# 啥是管道
管道是Linux中一种进程通信方式，对应四大通信方式的管道通信系统
管道文件是建立在内存之上可以同时被两个进程访问的文件，管道里存放的数据先进先出，管道里数据在内存中
# 管道的分类
管道一般分为两种，无名管道和有名管道
使用 mkfifo 函数创建有名管道，它提供了一个路径名与之关联，以有名管道的文件形式存在于文件系统中，两个进程只要可以访问该路径，就能够彼此通过有名管道相互通信
另外一个叫无名管道，有名管道可以在任意两个进程之间通讯，而无名管道只能在父子进程之间通迅；同时，无名管道单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，双方通信时，需要建立起两个管道
# 管道的实质
管道的实质是一个内核缓冲区，进程以先进先出的方式从缓冲区存取数据，管道一端的进程顺序的将数据写入缓冲区，另一端的进程则顺序的读出数据
# Linux 系统常见指标
关于 cpu
## 1. CPU利用率
top
## 输出示例：%Cpu(s): 12.5 us, 6.2 sy, 0.0 ni, 81.0 id, 0.2 wa, 0.0 hi, 0.1 si, 0.0 st
## us - 用户空间CPU时间 | sy - 内核空间CPU时间 | id - 空闲时间
## wa - IO等待时间 | st - 虚拟化等待时间
## 2. 每核CPU使用率
mpstat -P ALL 1
## 3. CPU负载（平均负载）
uptime
## 输出：load average: 1.05, 0.70, 0.65
## 1分钟、5分钟、15分钟平均负载
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内存指标，核心指标
## 1. 整体内存使用
free -h
## 输出：
## total used free shared buff/cache available
## Mem: 15Gi 4.5Gi 2.3Gi 512Mi 8.2Gi 9.8Gi
## Swap: 2.0Gi 0.0Ki 2.0Gi
## 2. 详细内存信息
cat /proc/meminfo
## 关键指标：
## MemTotal, MemFree, MemAvailable, Buffers, Cached, SwapCached
## Buffer vs Cache 区别：
## - Buffers：块设备读写缓冲区（如磁盘IO）
## - Cached：文件系统缓存（可被快速释放）
## Available内存：应用程序可用内存估算
## = MemFree + 可回收的缓存内存
## 实际已用内存 = Used - (Buffers + Cached)
## 因为Buffer/Cache在需要时会被释放
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磁盘指标
## 1. 磁盘空间使用
df -h
## 输出：文件系统容量、已用、可用、使用率、挂载点
## 2. 磁盘IO性能
iostat -x 1
## 关键指标：
## r/s, w/s : 读写请求数/秒
## rkB/s, wkB/s : 读写数据量KB/秒
## await (ms) : IO平均等待时间
## %util : IO利用率（超过70%可能瓶颈）
## 3. 文件系统inode使用
df -i
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网络指标
## 1. 网络接口统计
ip -s link
## 或
netstat -i
## 2. 实时网络流量
iftop -i eth0
## 3. 网络连接状态
ss -tulpn
## 比netstat更快，显示：
## -t TCP连接 -u UDP -l 监听端口
## -n 数字显示 -p 进程信息
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# Linux 调优命令
监控命令
## 进程CPU使用排行
ps aux --sort=-%cpu | head -10
## 跟踪CPU使用变化
sar -u 1 3 ## 每秒采样，共3次
## 查看中断统计
cat /proc/interrupts
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磁盘性能监控
## 实时磁盘IO
iotop
## 测试磁盘读写速度
hdparm -tT /dev/sda
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1G count=1 oflag=direct
## 查看磁盘调度算法
cat /sys/block/sda/queue/scheduler
## 可选：noop, deadline, cfq, bfq, kyber, mq-deadline
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