一、磁盘分区及文件访问入口

在前文中介绍过，Linux的整个文件系统像一棵倒置的数，最顶层的是根文件系统，其下有很多一级子目录，一级子目录下面是二级子目录，依此类推：

/：根目录

/bin，/sbin：二进制程序，操作系统自身启动运行就需要用到的程序。

/bin下为普通用户使用的程序；/sbin下为管理员用户使用的程序

/usr/bin，/usr/sbin：二进制程序，基本的系统管理工具。

 /usr/bin下的程序普通用户都能用；

 /usr/sbin为管理命令。

/usr/local/bin， /usr/local/sbin：第三方程序，和操作系统的基本启 动运行无关，是管理员安装的用于 管理操作系统的特定工具。

 

事实上，/，/bin，/sbin，/usr/bin，/usr/sbin， /usr/local/bin， /usr/local/sbin 可以完全存在于不同的磁盘分区上，尽管他们看起来都像是存在于/目录之中的。

假设磁盘上一共有四个分区，其中根目录位于1号分区，那么所有对操作系统的访问都必须以1号分区为入口，因为所有的文件都是根/目录下的文件，都以根目录为访问入口，根/目录有且仅有一个，所以访问另外3个分区，就必须以根所在的1号分区为入口，1号分区即根分区。

如果我们希望另外3个分区中的某个分区，例如3号分区，也能派上用场，那么就需要让此分区下的文件和根目录建立关联关系。比如/usr这个目录位于根/目录之下，如果想把文件存入/usr这个目录下，完全可以不存放在分区1下而存放在3号分区下，只需要让文件和/usr目录建立关联关系。要注意的是，/usr目录位于1号分区，/usr里的文件位于3号分区。

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根目录下的目录可以关联其他的文件，而这些文件也可以进一步关联其他的分区：如果/usr目录下有一个名为local的目录，即/usr/local，存放在3号分区上，而local目录又关联了一个新的分区，4号分区，在4号分区上存放有bin目录，即/usr/local/bin，这样一来，/，/usr，/usr/local，/usr/local/bin分别关联了1号、3号和4号分区。

事实上，文件所关联的位置（或目录），就是文件的入口。上述例子中，如果将4号分区拆卸下来，挂载到另一个系统里的某个目录下，如/test目录，那么要访问bin中的文件，就会以/test为入口，即/test/bin，而看不到/usr/local了。

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 以上就是linux 的分区形式，在逻辑上会给人以层次感，但在物理上各文件和目录可以是存在于不同的分区上的平行结构。

 

二、各目录的功能

1. 库目录lib

所谓的库，即是指的公共的功能模块，所有的二进制文件都需要依赖于共享的库赖运行。Linux的通过系统调用来操作内核，而系统调用过于复杂，为了使程序能够顺利运行，系统调用上存封装了很多接口帮助程序进行系统调用，这些接口就是库文件。

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库文件存放在lib目录下，lib目录服务于/bin和/sbin下的程序。/usr/lib也是库目录，可以为/usr/bin 和 /usr/sbin 提供库，不过/usr/bin 和 /usr/sbin的库很多也直接由/lib提供了；/usr/local/bin 和 /usr/local/sbin下的程序所依赖的特殊库，通常由/usr/local/lib提供。

 

2. 配置文件

Linux中程序运行除了依赖于库文件外，还依赖配置文件。/etc这个目录通常为/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，通常放在/usr/local/etc下，但也有可能直接存放在/etc下。

 

3. 临时文件

通常程序在运行时会产生很多临时文件，这些临时文件多存放在/tmp目录下。

 

4. /var目录

/var目录下存放的文件多为内容经常变化的文件，主要有log，mail，cache等

A）日志文件

如果要知道系统的运行状况，或者是文件被访问的情况，可以查看日志文件，Linux中的日志文件多存放在/var/log中；

B）邮件缓存

/var/mail目录多用来为用户提供邮件缓存；

C）缓存文件

/var/cache目录主要用来存放缓存文件；

 

5. 伪文件系统/proc 和 /sys

A）内核映像 /proc

Linux的内核没有配置文件，如果用户想要自行定制内核的特性，只能在内核启动时给内核传递参数，一般参数的传递通过grub（后文中会详解）来实现。但是当系统启动之后，想要查看或改变内核的特性，就需要用到/proc这个目录，此目录用来存放内核的输出参数，每一个参数在/proc目录中都表现为一个文件，故可以通过修改/proc下的文件来模拟修改内核的运行参数，但要注意的是只有有写权限的参数才能修改，其他的可能只能用来查看内核的参数。

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B）硬件信息 /sys

和/proc类似，/sys也是伪文件系统。如果想要修改硬件的工作属性，而非内核的运行参数，就需要通过修改/sys中的文件来实现。

 

6. 挂载目录/media 和 /mnt

A）关联便携性设备：/media

B）关联第二块硬盘上的分区/mnt

上述两个挂载目录是一种约定俗成的挂载方式，如果不挂载在这两个目录下也是可以的。

 

7.引导目录/boot

/boot目录时引导目录，主要用来存放内核，操作系统的启动和进程的管理都必须由内核来完成

 

8. 家目录 /home

目前的操作系统基本上都是多任务多用户的，每一个用户登陆到系统中，其每一个操作都必然会处于一个目录中，这个目录就是用户的工作目录；而该用户最初登陆到操作系统中，必然也会处于某个目录中，且这个目录通常用来存放和管理工作，该目录即称为家目录/home。在/home目录下的/home/USERNAME 和 /root 都是用户的家目录。

 

9. 设备文件/dev

Linux所识别的任何一个硬件设备都存放在/dev目录下，且每一个硬件设备都有一个与之对应的文件，这个文件被作为往该设备上存储或读取数据的入口。

Linux支持的设备类型主要有两种，即：

 

b：块设备，支持随机访问。键盘不属于随机设备，因为如果输入的是ABC，则不会显示为BCA。

 

c：字符设备，也称为线性设备，即有一定的先后顺序。

 

不同种类的设备在/dev上表现为不同的文件，如：

IDE， ATA类的设备：显示为 /dev/hd[a-z]

常见的PC机上通常有两个IDE插槽，每一个槽上可以接两个IDE设备，一个主设备（master），一个从设备（slave），故一个PC机最多能接4块IDE类的设备，即/dev/hda，/dev/hdb，/dev/hdc，/dev/hdd。通常情况下第一个IDE控制器接两块硬盘，即/dev/hda，/dev/hdb；第二个IDE控制器接光驱设备，故光驱设备通常表现为 /dev/hdc，所以虚拟机模拟光驱设备时，也使用的是hdc。

 

SCSI，SAS，SATA，USB 类的设备：被识别为 /dev/sd[a-z]

由于上述四种设备都表现为sd，不论是光驱设备，还是硬盘设备，都以/dev/sda, /dev/sdb...的形式表现，这样必然会导致混淆的现象。为了有效控制这种情况，Linux引入了一个机制：udev。用户可以借助udev来自行定义设备的名称，如/dev/sata1，/dev/usb1等。

 

三、硬件设备简介

 1. 硬盘设备：既支持随机访问，也支持线性访问，但通常把它当做随机存取访问的块设备。

 

 2. I/O，I/O Controller：控制器

   I/O Adapter：适配器

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计算机的CPU在和不同的设备进行数据交互时，信号的传递机制是不一样的，这就需要一个芯片来转换或翻译CPU的指令。比如CPU和显卡进行数据交互时，就需要这种芯片来帮助显卡完成指令，该芯片如果集成在主板上，就称为控制器（Controller），如果主板上没有集成该芯片，那么可以通过主板上的扩展槽来外接芯片，这种不集成的芯片，称为适配器（Adapter）。

 

3. 硬盘

A）硬盘类型

硬盘根据其I/O控制器的不同，和工作属性的不同会分成不同的类型： 

IDE, ATA：并行通信，133MB/s

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串行通信数据按顺序单向传输，并行通信多个数据可以同时传输；直观上并行传输的速度高于串行传输速度，但可以串行通信的也可以通过提高传输速度来超越并行传输，例如并行传输速率为每秒10bit，而串行传输的速率为每秒100bit，那么传输50bit的数据，串行传输很有可能会快于并行传输，这依赖于传输的吞吐量。吞吐量即每秒能传输的数据量。

 

SATA：串行通信（Serial），（SATA1）300MB/s，（SATA2）600MB/s，（SATA3）6Gb/s由ATA 发展而来，因为尽管并行数据传输速度快，但数据传输过程中干扰严重，故发展SATA，通过提高吞吐量来实现传输速度的提高。

 

SCSI：Small Computer System Interface，小型计算机接口，并行传输，它比同期的IDE传输速度要快，（UtraSCSI）320MB/s，转速通常为10000RPM~15000RPM。

通常情况下CPU每读取4kb的数据，那么即使仅读取1MB的数据，CPU都需要在硬盘和内存中频繁切换，这样严重影响读取速度。SCSI的好处就在于它自带一个智能控制器，可以控制数据的读取和存放位置，类似于一个小型的CPU，从而可以大大降低CPU的压力，使CPU的资源从无谓的I/O操作中解放出来。

 

SAS：SCSI的串行版，它的传输速度比SCSI要快得多。尽管SCSI硬盘性能好且很智能，但随着时代的发展，SCSI硬盘的技术已逐步被其串行版SAS所取代

 

SSD：Solid-State Disk，固态磁盘。它属于闪存系列，但SSD的优势在于多个磁盘并行传输，使传输速度大为提升，读写速度能达到500MB/s，且这个值为真实速度而非理论值。 

 

USB：（1.1，2.0， 3.0）

 

B）硬盘工作原理

硬盘为多个盘片组成，其中有一根轴将数个盘片串联，在盘片飞速旋转过程中，盘片外有一根机械臂上带有 盘片总数*2 的磁头，这些磁头用来读取盘片上正反两面的数据。                         

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每一盘片被划分为数个同心圆，同心圆之间的圆环用来存放数据，此圆环称为磁道（Track），靠近圆心处的磁道转过的距离小于外围的磁道，且能存放的数据小于外围的磁道，故越靠外的磁道存储性能越好。不论是外围还是靠内的磁道，转过的角度都是一致的，故此设备又称为固定角速度设备。

如果单纯的使用磁道来存储数据未免太过粗糙了，故可以将磁道进一步划分为更小的单元，即扇区（Sector）。对于机械式硬盘来说，扇区是最小存储单元。

如果一个扇区的大小是512个字节，那么存放4kb的数据，则一共需要8个扇区，利用盘片正反两面存取，则只用让磁头滑过4个扇区，可以使存储速度更快。

不同盘面上相同位置的磁道，组合起来形成桶状结构，叫做柱面（Cylinder）。这种柱状结构要求不同的盘片上磁道位置保持一致，故硬盘在读取数据时不能震动，否则磁头会划坏硬盘。

现在假设要在10号柱面上读取数据，而磁头目前处于1号柱面，那么机械臂会向内移动，使磁头能接触到10号柱面。当磁头接触到10号柱面了，但所要读取的数据不在磁头触碰的扇区里，这时磁头就需要等待盘片转动，直到目标数据所在的扇区下一次出现，这个等待所需要的时间，即为等待时间，所有数据的等待时间叫做平均巡道时间。故磁盘转动速度越快，等待时间越短，性能就越好。这种转动速度表示为RPM（Rotation Per Minute），即一分钟多少转。由于磁盘转速极快，会产生巨大热量，故硬盘盒内需保持真空，以控制温度。