Linux 文件系统

Linux 文件系统：路径名、目录 (pwd, cd) 、文件系统组织方式 (inode) 、文件和目录查看 (touch, ls, tree) 、文件和目录操作 (mkdir, rmdir, cp, mv, rm) 和 Linux 的目录结构。

1 路径名和路径名解析

相关命令：dirname basename realpath

文件系统以一颗目录树的形式来组织：

  • 根节点称为根 root 目录，用 / 来表示
  • 目录树中的名字只需在其所在目录中唯一

1.1 路径名

路径以 / 分隔，分为相对路径和绝对路径：

  • 绝对路径：从根目录开始，以 / 分割各级目录，例如：/home/User/Documents/example.txt
  • 相对路径：从当前目录开始，只包含当前目录以下的目录名，例如：如果位于 /home/User 则相对路径为 Documents/example.txt 或者 ./Documents/example.txt

. 和 .. 是特殊的目录，所有目录下都有这两个目录，. 指代当前目录，.. 指代上一级目录。特别的，根目录的上一级目录为自身。

1.2 路径解析

命令 含义
dirname ... 返回 ... 所在目录的绝对路径
basename ... 返回路径 ... 的文件名，即最后一个名字
realpath [options] ... 返回路径名解析后的绝对路径 
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$ dirname /home/iskage/docs/example.txt
/home/iskage/docs
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$ basename /home/iskage/docs/example.txt
example.txt
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$ realpath -e example.txt
/home/iskage/docs/example.txt

$ realpath -m wrong.txt
/home/iskage/docs/wrong.txt

realpath 返回绝对路径，缺省参数默认为 -e

realpath 参数 要求
-e 检查目录是否存在，不要去文件存在，但检查文件夹存在性
-m 不检查目录是否存在

2 改变目录和波浪号扩展

相关命令 pwd cd ~..

2.1 改变目录 pwd, cd

  • pwd 检查当前目录
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$ pwd
/home/iskage/docs
  • cd [dir] 切换目录，进入 [dir] 目录

cd 留空进入当前用户主目录，即 ~

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~/docs$ cd
~$

cd - 表示工作目录设置为先前的工作目录，可在两个目录中切换：例如在 A 目录使用 cd - ，然后进入目录 B 随后使用 cd - 返回 A 目录，再次使用返回 B 目录

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~$ cd -
/home/iskage

~$ cd docs
~/docs

~/docs$ cd -
/home/iskage
~$

2.2 ~ 扩展

  • 单独的波浪号 ~ 表示当前用户的主目录，而 ~user 表示用户 user 的主目录
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cd ~user
进入 user 的主目录，一般为 /home/user

追踪 bash 的命令和返回，可以设置 set -x 打开追踪功能；set +x 关闭追踪功能。

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set -x
cd ~iskage
+ cd /home/iskage

cd ~user
+ cd '~user'
bash: cd: ~user: No such file or directory

3 文件系统的组织方式

3.1 文件系统的组织

文件系统由 2 部分组成：

  • 保存文件相关的元信息的索引节点 inode（index node）
  • 实际存储数据的数据块

索引节点 inode 包含：拥有者的 UID 和 GID（用户和用户组）；文件长度；类型和权限；访问、修改和状态改变时间；引用次数；数据块编号列表。

实际存储数据的数据块包含：对于普通文件，数据块保存实际的内容；对于目录文件，数据块保存的是该目录包含的子目录和文件所对应的目录项。

目录项：每个目录包含子目录和文件的目录项，目录项保存了其对应的文件（包括子目录）的名字以及该文件对应的 inode 编号

文件结构：索引节点和数据块
  • ls -i 可以产看索引节点
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ls -i
793134 docs

3.2 查看磁盘使用情况 df

格式

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df [options] [file]

-h 					: 以自然语言展示 1k=1024
-H , --si 			: 以自然语言展示 1k=1000
-i , --inodes 		: 查看节点类型
-T , --print-type  	: 显示文件系统类型
-t , --type=TYPE    : 仅仅显示相应类型的文件系统信息，例如 --type=ext4 或 -t ext4

file 				: 缺省，则展示当前所在目录属于的文件系统
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df -Th

Filesystem     Type   Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs          tmpfs  168M  1.1M  167M   1% /run
/dev/vda3      ext4    40G  3.8G   34G  11% /
tmpfs          tmpfs  837M     0  837M   0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs  5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
/dev/vda2      vfat   197M  6.1M  191M   4% /boot/efi
tmpfs          tmpfs  168M  4.0K  168M   1% /run/user/0
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df -iT --si

Filesystem     Type  Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
tmpfs          tmpfs   215k   729  214k    1% /run
/dev/vda3      ext4    2.7M  100k  2.6M    4% /
tmpfs          tmpfs   215k     2  215k    1% /dev/shm
tmpfs          tmpfs   215k     3  215k    1% /run/lock
/dev/vda2      vfat       0     0     0     - /boot/efi
tmpfs          tmpfs    43k    26   43k    1% /run/user/0

vda2 表示位于第 1 个磁盘的第 2 区（abc表示磁盘号，123表示分区）

3.3 查看文件使用的空间情况 du

格式

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du [options] [file]

-c , --total  			: 最后显示加和总使用空间
-s , --summarize 		: 仅仅显示每个参数的总使用情况
-d ,  --max-depth=N 	: 递归展示子目录的深度，N=0 表示不递归
-B SIZE 				: 设置展示的单位为 SIZE，缺省默认为 1k bit
-h 						: 自然语言展示 1k=1024
--si 					: 与 -h 相同，但 1k=1000

因为 du -s 表示只展示 file 自己的总使用情况，故等价于 du -d 0 深度为 0

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du --si -d 1 -c ./snap

17k	./snap/lxd
21k	./snap
21k	total

3.4 查看文件类型 file

file 指令会查看文件的根本类型，而不是根据拓展名查看。

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file a.py
a.py: ASCII text

file -i a.py
a.py: text/plain; charset=us-ascii

-i , --mime 输出 MIME 头部。

4 文件名和目录查看

4.1 touch 修改时间

touch file 文件存在时改变时间，不存在时创建文件。每个文件的时间包括：

  • 修改时间 mtime ：修改文件内容时更新
  • 访问时间 atime ：读文件操作时更新的时间
  • 状态改变时间 ctime ：文件内容或元信息（如权限/名字/时间等）改变时更新，用户无法改变，而是内核自动更新

格式

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touch [option] file

-m 					  : 仅改变修改时间
-a 					  : 仅改变访问时间
-t time 			  : 指定时间为 time 格式为 [[CC]YY]MMDDhhmm[.ss] 
			  			例如 [[20]25]03070938[.11] 表示2025年3月7日9时38分11秒
-r , --reference=BASE : 使用文件 BASE 的时间

4.2 文件名格式

  • Linux 系统的文件名（包括目录等）区分大小写。
  • 文件名不能命名为 . 和 .. ，也不能包含 / 和 NULL 字符（ASCII 码为 0 的字符），除此之外可以包含任何字符。
  • 可以使用后缀，不过并不强制要求。
  • 一般规范为：使用字母、数字、 . 、- 、_ 组成。且避免使用 - 开头，也不使用空格。
  • 如果出现歧义，可以使用 "" 或 '' 包裹起这些文件名。

4.3 列目录命令 ls

格式

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ls [options] [file]
选项 作用
ls 缺省 列出当前目录不包含 . 开头的隐藏文件
ls -a 列出所有目录，包含隐藏目录和 . 和 ..
ls -A 列出所有目录，包含隐藏目录，但不包含 . 和 ..
ls -F 添加文件类型指示，例如文件夹 snap 表现为 snap/
ls -l 长列表形式展示
ls -d ls --directory 显示当前目录的信息，一般和 -l 联合使用
ls -i ls --inode 显示 inode 编号
ls -R ls -recursive 递归展示目录和子目录内容
ls -r ls --reverse 反向排序展示目录
ls -X ls --sort=extension 按照后缀排序，没有后缀的优先
ls -S ls --sort=size 按照文件大小排序，默认从大到小
ls -t ls --sort=time 按照时间排序，默认从新到旧
ls -U ls --sort=none 不排序

对于 ls -l 列出的信息，里面分别包含：文件类型、访问模式、引用计数、拥有者用户、用户组、文件大小（-h 以自然语言展示）、修改时间、文件名。

ls -l 文件信息
  • 文件类型
符号 含义
- 普通文件（例如文本文件、二进制文件等）
d 目录
l 符号链接（软链接）
c 字符设备文件
b 块设备文件
p 命名管道（FIFO）
s 套接字文件
  • 访问模式：所有者权限（1, 2, 3）、所属组权限（4, 5, 6）、其他用户权限
符号 含义
r - 第一个字符：读权限，r 表示可读，- 表示不可读
w - 第二个字符：写权限，w 表示可写，- 表示不可写
x - 第三个字符：执行权限，x 表示可执行，- 表示不可执行

4.4 tree 查看目录树

先在 Ubuntu 上安装 tree

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sudo apt install tree

然后可以使用 tree 命令以树的形式递归展示目录结构：

选项 含义
tree 显示当前目录及其子目录的树状结构
tree -d 仅显示目录，不显示文件
tree -L n 限制显示的目录层级深度为 n。例如，tree -L 2 显示两层目录
tree -a 显示所有文件和目录，包括隐藏文件（以 . 开头的文件）
tree -f 显示文件的完整路径
tree -p 显示文件和目录的权限
tree -s 显示文件和目录的大小（以字节为单位）
tree -h 以人类可读的格式显示文件和目录的大小（例如 KB、MB）
tree -D 显示文件和目录的最后修改时间
tree -I pattern 排除符合指定模式的文件。例如，tree -I "*.txt" 排除所有 .txt 文件
tree -o filename 将输出保存到指定文件中。例如，tree -o output.txt 
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~$ tree

.
├── a.py
├── file1
├── file2
├── file3
└── snap
    └── lxd
        ├── 22923
        ├── 31333
        ├── common
        └── current -> 31333

5 文件和目录操作

5.1 创建目录 mkdir

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mkdir [-p] directory
  • 同一目录下不可同名
  • 缺省 -p --parents 时，父目录不存在时不可以创建子目录
  • 目录可以理解为文件夹
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mkdir dir1
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mkdir dir2/dir3
# mkdir: cannot create directory ‘dir2/dir3’: No such file or directory

mkdir -p dir2/dir3

5.2 删除目录 rmdir

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rmdir [-p] directory
  • 仅允许删除空目录，如果有文件则无法删除
  • 对于一连串的目录，例如 dir1/dir2/dir3 其中 dir3 为空目录。可以使用 rmdir -p dir1/dir2/dir3 删除。这一步等价于先删除 dir1 然后 dir2 dir3 ，即 rmdir dir1/dir2/dir3 && rmdir dir1/dir2 && rmdir dir1
  • 如果希望递归删除节点以下所有内容，可以使用 rm -R
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rmdir dir1
# rmdir: failed to remove 'dir1': Directory not empty
rmdir -p dir1
# rmdir: failed to remove 'dir1': Directory not empty

# 正确
rmdir -p dir1/dir2/dir3

5.3 复制文件和目录 cp

5.3.1 复制和创建新文件

1
cp [options] SOURCE DESTINATION
  • SOURCE：要复制的文件或目录。
  • DESTINATION：目标文件或目录。如果 DESTINATION 是一个目录，则会将 SOURCE 复制到该目录中；如果 DESTINATION 是一个文件名，则会将 SOURCE 复制并重命名为 DESTINATION。
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cp ./dir1/file file_copy
# 将 ./dir1/ 下的 file 文件复制一份到当前目录的 file_copy 文件

复制目录需要 -r 递归复制。

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cp -r ./dir1/ dir1_copy

5.3.2 备份和覆盖

如果要复制的位置存在相同的文件名，权限允许（即可以写 w）时缺省会直接覆盖。权限不允许（没有写权限）时会报 Permission denied 错。

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cp -f : 强制覆盖
cp -i : 覆盖前询问用户
cp -b : 覆盖前保留备份，以原文件名加 ~

5.3.3 递归复制目录

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cp -r : 递归复制目录和子目录
cp -a : 递归复制目录和子目录，保留原文件的属性

如果目标目录存在，则将复制后的目录直接放在目标目录下

如果目标目录不存在，则创建新目录，将被复制的目录第一个父目录后的所有子目录放在目标目录下

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.
├── dir1
│   └── dir2
│       └── dir3
└── tmp1
  • 存在目标目录
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cp -r dir1 ./tmp1
.
├── dir1
│   └── dir2
│       └── dir3
└── tmp1
    └── dir1
        └── dir2
            └── dir3
  • 但如果不存在目标目录
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cp -r dir1 ./tmp2
.
├── dir1
│   └── dir2
│       └── dir3
├── tmp1
│   └── dir1
│       └── dir2
│           └── dir3
└── tmp2
    └── dir2
        └── dir3

5.4 移动或重命名 mv

格式

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# 格式1：移动并重命名
mv [OPTION] SOURCE DEST

# 格式2：移动到目录（目录必须存在）
mv [OPTION] SOURCE... DIRECTORY

# 格式3：指定目标目录（与格式2等价）
mv [OPTION] -t DIRECTORY SOURCE...
  • 若 DEST 以 / 结尾，强制使用格式2（目录必须存在，否则报错）
  • 若目标位置存在同名文件/目录，默认直接覆盖
选项 说明
-t --target-directory=... 指定目标目录
-i --interactive 覆盖前询问确认
-f --force 强制覆盖（不询问）
-n --no-clobber 禁止覆盖已有文件
-b 覆盖前备份（默认添加 ~ 后缀）
-S SUFFIX --suffix=SUFFIX 自定义备份文件后缀（需配合 -b）
-u --update 仅当目标文件不存在或比源文件旧时移动
-v --verbose 显示详细操作过程
  1. 重命名文件
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mv old_file.txt new_file.txt
  1. 移动文件到目录
1
mv file.txt /target/dir/
  1. 覆盖前备份
1
2
mv -b file.txt /backup/  # 生成 file.txt~
mv -b -S .bak file.txt  # 自定义备份后缀 生成 file.txt.bak
  1. 批量移动
1
mv *.jpg /photos/ -v  # -v 显示详细操作

5.5 删除 rm

格式

1
rm [OPTION]... [FILE]...

  • 直接删除文件（不询问）

  • 目录删除，需配合 -R/-r 选项删除非空目录；使用 -d 选项可删除空目录

选项 说明
-i 每次删除前询问确认
-f 强制删除（不询问，忽略错误）
-R -r --recursive 递归删除目录及其子内容
-d --dir 删除空目录
-v --verbose 显示详细操作过程
  1. 删除文件（强制）
1
rm -f file.txt
  1. 递归删除目录
1
rm -r directory/
  1. 删除多个文件
1
rm -i *.log  # -i 每次删除都询问是否进行

6 Linux 目录结构

由 DeepSeek 整理

6.1 核心目录

6.1.1 根目录（/）

整个文件系统树的根，包含了许多子目录

6.1.2 基础功能目录

目录 功能说明 重要特性
/bin 基础执行程序 包含ls、cp等基础命令，单用户模式可用
/sbin 系统管理程序 fdisk、ifconfig等管理员专用命令
/lib 共享库文件 为 /bin 和 /sbin 提供运行依赖
/dev 设备文件 由udev管理，如/dev/sda（磁盘设备）

6.1.3 系统配置目录

目录 核心内容 典型文件
/etc 系统级配置文件 passwd、fstab、ssh/
/boot 启动相关文件 grub/、vmlinuz（内核文件）

6.1.4 用户相关目录

目录 功能说明 用户权限
/home 用户主目录 ~/ 指向用户专属目录
/root 管理员主目录 独立于普通用户的根 /home 结构

6.1.5 存储相关目录

目录 挂载类型 典型用途
/media 可移动存储 U盘、光盘自动挂载点
/mnt 临时挂载点 手动挂载硬盘/NFS

6.2 特殊用途目录

6.2.1 运行时数据

目录 数据特性 典型内容
/var 动态可变数据 log/、mail/、spool/
/run 运行时信息 PID文件、/var/run符号链接

6.2.2 临时空间

目录 生命周期 权限控制
/tmp 临时文件 用户可创建，仅创建者可删除
/lost+found 文件恢复 fsck修复后的残留文件

6.2.3 内核与硬件

目录 信息类型 访问方式
/proc 进程与内核数据 虚拟文件系统，实时读取（如cpuinfo）
/sys 硬件层级信息 设备驱动、电源管理等

6.3. 资源存储目录

6.3.1 静态资源库

目录 资源类型 典型结构
/usr 只读共享资源 bin/、lib/、share/（文档）
/opt 第三方软件 独立软件包（如Oracle）

6.3.2 服务数据

目录 服务类型 典型应用
/srv 本地服务数据 www/（网站数据）、ftp/