詮釋Linux中『一切都是檔案』概念和相應的檔案型別

roc_guo 發表於 2022-11-21
Linux

要理解這點,可以舉個例子,您的根目錄(/)的空間充斥著不同型別的 Linux 檔案。當您建立一個檔案或向系統傳輸一個檔案時,它會在物理磁碟上佔據的一些空間,而且是一個特定的格式(檔案型別)。

雖然 Linux 系統中檔案和目錄沒有什麼不同,但目錄還有一個重要的功能,那就是有結構性的分組儲存其它檔案,以方便查詢訪問。所有的硬體元件都表示為檔案,系統使用這些檔案來與硬體通訊。

這些思想是對 Linux 中的各種事物的重要闡述,因此像文件、目錄(Mac OS X 和 Windows 系統下稱之為資料夾)、鍵盤、監視器、硬碟、可移動媒體裝置、印表機、調變解調器、虛擬終端,還有程式間通訊(IPC)和網路通訊等輸入/輸出資源都是定義在檔案系統空間下的位元組流。

一切都可看作是檔案,其最顯著的好處是對於上面所列出的輸入/輸出資源,只需要相同的一套 Linux 工具、實用程式和 API。

雖然在 Linux 中一切都可看作是檔案,但也有一些特殊的檔案,比如套接字和 管道。

Linux 系統中有三種基本的檔案型別:

  • 普通/常規檔案
  • 特殊檔案
  • 目錄檔案
普通/常規檔案

它們是包含文字、資料、程式指令等資料的檔案,其在 Linux 系統中是最常見的一種。包括如下:

  • 可讀檔案
  • 二進位制檔案
  • 影像檔案
  • 壓縮檔案等等
特殊檔案

特殊檔案包括以下幾種:

塊檔案block

塊檔案block:裝置檔案,對訪問系統硬體部件提供了快取介面。它們提供了一種透過檔案系統與裝置驅動通訊的方法。

有關於塊檔案一個重要的效能就是它們能在指定時間內傳輸大塊的資料和資訊。

列出某目錄下的塊檔案:

# ls -l /dev | grep "^b"

輸出例子

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

字元檔案Character: 也是裝置檔案,對訪問系統硬體元件提供了非緩衝序列介面。它們與裝置的通訊工作方式是一次只傳輸一個字元的資料。

列出某目錄下的字元檔案:

# ls -l /dev | grep "^c"

輸出例子

crw-------  1 root root       10, 235 May 18 15:54 autofs
crw-------  1 root root       10, 234 May 18 15:54 btrfs-control
crw-------  1 root root        5,   1 May 18 10:26 console
crw-------  1 root root       10,  60 May 18 10:26 cpu_dma_latency
crw-------  1 root root       10, 203 May 18 15:54 cuse
crw-------  1 root root       10,  61 May 18 10:26 ecryptfs
crw-rw----  1 root video      29,   0 May 18 10:26 fb0
crw-rw-rw-  1 root root        1,   7 May 18 10:26 full
crw-rw-rw-  1 root root       10, 229 May 18 10:26 fuse
crw-------  1 root root      251,   0 May 18 10:27 hidraw0
crw-------  1 root root       10, 228 May 18 10:26 hpet
crw-r--r--  1 root root        1,  11 May 18 10:26 kmsg
crw-rw----+ 1 root root       10, 232 May 18 10:26 kvm
crw-------  1 root root       10, 237 May 18 10:26 loop-control
crw-------  1 root root       10, 227 May 18 10:26 mcelog
crw-------  1 root root      249,   0 May 18 10:27 media0
crw-------  1 root root      250,   0 May 18 10:26 mei0
crw-r-----  1 root kmem        1,   1 May 18 10:26 mem
crw-------  1 root root       10,  57 May 18 10:26 memory_bandwidth
crw-------  1 root root       10,  59 May 18 10:26 network_latency
crw-------  1 root root       10,  58 May 18 10:26 network_throughput
crw-rw-rw-  1 root root        1,   3 May 18 10:26 null
crw-r-----  1 root kmem        1,   4 May 18 10:26 port
crw-------  1 root root      108,   0 May 18 10:26 ppp
crw-------  1 root root       10,   1 May 18 10:26 psaux
crw-rw-rw-  1 root tty         5,   2 May 18 17:40 ptmx
crw-rw-rw-  1 root root        1,   8 May 18 10:26 random
符號連結檔案Symbolic link

符號連結檔案Symbolic link : 符號連結是指向系統上其他檔案的引用。因此,符號連結檔案是指向其它檔案的檔案,那些檔案可以是目錄或常規檔案。

列出某目錄下的符號連結檔案:

# ls -l /dev/ | grep "^l"

輸出例子

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

Linux 中使用 ln 工具就可以建立一個符號連結檔案,如下所示:

# touch file1.txt
# ln -s file1.txt /home/tecmint/file1.txt  [建立符號連結檔案]
# ls -l /home/tecmint/ | grep "^l"         [列出符號連結檔案]

在上面的例子中,首先我們在 /tmp 目錄建立了一個名叫 file1.txt 的檔案,然後建立符號連結檔案,將 /home/tecmint/file1.txt 指向 /tmp/file1.txt 檔案。

管道Pipe和 管道Named pipe

管道Pipe和命令管道Named pipe : 將一個程式的輸出連線到另一個程式的輸入,從而允許程式間通訊(IPC)的檔案。

命名管道實際上是一個檔案,用來使兩個程式彼此通訊,就像一個 Linux 管道一樣。

列出某目錄下的管道檔案:

# ls -l | grep "^p"

輸出例子:

prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe1
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe2
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe3
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe4
prw-rw-r-- 1 tecmint tecmint    0 May 18 17:47 pipe5

在 Linux 中可以使用 mkfifo 工具來建立一個命名管道,如下所示:

# mkfifo pipe1
# echo "This is named pipe1" > pipe1

在上的例子中,我們建立了一個名叫 pipe1 的命名管道,然後使用 echo 命令 加入一些資料,這之後在處理輸入的資料時   就變成非互動式的了(LCTT 譯註:被管道佔住了)。

然後,我們開啟另外一個 shell 終端,執行另外的命令來列印出剛加入管道的資料。

# while read line ;do echo "This was passed-'$line' "; done<pipe1
套接字檔案socket 

套接字檔案socket : 提供程式間通訊方法的檔案,它們能在執行在不同環境中的程式之間傳輸資料和資訊。

這就是說,套接字可以為執行網路上不同機器中的程式提供資料和資訊傳輸。

一個 socket 執行的例子就是網頁瀏覽器連線到網站伺服器的過程。

# ls -l /dev/ | grep "^s"

輸出例子:

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

下面是使用 C 語言編寫的呼叫 socket() 系統呼叫的例子。

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

上例中:

  • AF_INET 指的是地址域(IPv4)
  • SOCK_STREAM 指的是型別(預設使用 TCP 協議連線)
  • 0 指協議(IP 協議)

使用 socket_desc 來引用管道檔案,它跟檔案描述符是一樣的,然後再使用系統函式 read() 和 write() 來分別從這個管道檔案讀寫資料。

目錄檔案

這是一些特殊的檔案,既可以包含普通檔案又可包含其它的特殊檔案,它們在 Linux 檔案系統中是以根(/)目錄為起點分層組織存在的。

列出某目錄下的目錄檔案:

# ls -l / | grep "^d"

輸出例子:

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

您可以使用 mkdir 命令來建立一個目錄。

# mkdir -m 1666 tecmint.com
# mkdir -m 1666 news.tecmint.com
# mkdir -m 1775 linuxsay.com
結論

現在應該對為什麼 Linux 系統中一切都是檔案以及 Linux 系統中可以存在哪些型別的檔案有一個清楚的認識了。

您可以透過閱讀更多有關各個檔案型別的文章和對應的建立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。


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