系统介绍

（一）文件系统概念引入​

生活类比​

想象图书馆管理书籍的方式。图书馆通过分类、编目等，把不同书籍放在特定书架区域，方便读者查找借阅。计算机中的文件系统，就类似图书馆的这套管理体系。它将数据以文件和目录的形式，有序地存放在存储设备（如硬盘）中，让用户能方便地找到和使用所需数据。​

计算机系统中的作用​

文件系统在计算机里，承担着存储数据到存储设备，并在用户需要时准确快速读取数据的重任。它为操作系统和各类应用程序，提供了统一的数据管理接口。比如，我们在电脑上保存一份文档，文件系统负责决定文档存放在硬盘的哪个位置；当我们再次打开该文档时，文件系统又能迅速找到它并呈现给我们。以 Ubuntu 系统为例，用户在 Ubuntu 中创建的文档，会依据其文件系统规则，被合理存储在磁盘对应的分区与目录下，当用户后续访问时，系统能精准定位并打开。​

（二）不同操作系统文件系统特点对比​

Windows​

Windows 常用的文件系统有 FAT32 和 NTFS。FAT32 在移动存储设备（如 U 盘、SD 卡）中广泛使用，它兼容性强，几乎所有操作系统都能识别读写。但它有局限性，比如文件大小不能超过 4GB，分区容量也有限。NTFS 则功能更强大，支持文件权限设置，能决定哪些用户可以读取、修改或执行文件；还支持文件加密，保护数据安全。它适用于 Windows 系统的本地磁盘，能更好地管理大容量数据和复杂的用户权限。​

macOS​

macOS 主要使用 APFS（Apple File System）文件系统。APFS 性能出色，在空间管理上表现优秀，能高效利用磁盘空间。它还支持快照功能，就像给文件系统拍照片，能在不占太多额外空间的情况下，保存某个时间点文件系统的状态，方便用户恢复数据。并且，APFS 针对固态硬盘（SSD）进行了优化，能提升 SSD 的读写速度和使用寿命。​

Linux​

Linux 拥有丰富多样的文件系统。它最大的特点之一是开源，源代码公开，全球开发者都能参与开发和改进。这使得 Linux 文件系统能快速更新，不断优化，用户可根据自身需求定制，比如企业可添加特定功能来提高数据处理效率。Ubuntu 作为一款广受欢迎的 Linux 发行版，其文件系统就受益于开源特性。众多开发者为 Ubuntu 的文件系统贡献代码，修复漏洞、优化性能，并且用户可根据自身需求，如科研工作中对特定数据存储格式的需求，对文件系统进行定制。同时，Linux 文件系统非常稳定可靠，经过长期发展和大量实际应用检验，在长时间运行中能保证数据完整、可靠，减少系统崩溃和数据丢失风险，这也是它在服务器领域广泛应用的重要原因。Ubuntu 服务器版在全球众多企业和机构中被大量部署，长时间稳定运行，为业务提供坚实支撑。另外，Linux 文件系统对硬件兼容性好，无论是高端服务器、普通个人电脑，还是各种嵌入式设备（如路由器、智能电视），都能很好地支持，充分发挥硬件性能。Ubuntu 能在多种硬件平台上安装使用，从普通的 x86 架构电脑，到树莓派等嵌入式设备，都能轻松适配，展现出良好的硬件兼容性。​

（三）Ubuntu 24.04 目录结构详解​

根目录（/）​

根目录是 Ubuntu 文件系统的顶级目录，所有其他目录都是它的子目录。就像大树的树干，所有分支都从这里生长出来。它是整个文件系统的起点，系统在启动时首先挂载根目录。​

/bin 目录​

该目录存放着供所有用户使用的基本命令，如 ls（用于列出文件和目录）、cd（用于切换目录）、mkdir（用于创建目录）等。这些命令是用户在终端进行日常操作的基础，在 Ubuntu 24.04 的终端中输入 “ls /bin”，可以看到众多可执行命令文件，它们是系统正常运行和用户交互的必备工具。​

/sbin 目录​

主要存放系统管理命令，例如 shutdown（用于关闭系统）、reboot（用于重启系统）等。与 /bin 目录不同，/sbin 目录中的命令通常只有 root 用户或具有相应权限的用户才能执行，因为这些命令涉及系统的关键管理操作，普通用户执行可能会对系统造成损害。​

/etc 目录​

这是一个非常重要的目录，存放着系统和各种应用程序的配置文件。像 /etc/passwd 文件记录着系统用户的基本信息，包括用户名、用户 ID、组 ID 等；/etc/apt/sources.list 文件则用于配置软件源，决定系统从何处获取软件包进行安装和更新。通过修改这些配置文件，可以调整系统和应用的运行参数，满足不同用户的需求。​

/home 目录​

/home 目录下为每个普通用户创建了一个独立的子目录，例如用户 “user1” 的主目录就是 /home/user1。用户在系统中创建的个人文件、文档、下载的软件等通常都存放在自己的主目录下，保证了用户数据的独立性和安全性。在 Ubuntu 24.04 中创建一个新用户后，会自动在 /home 目录下生成对应的用户目录。​

/var 目录​

/var 目录用于存放经常变化的数据，其中 /var/log 目录尤为重要，它存储着系统和应用程序的日志文件。比如 /var/log/syslog 记录着系统的一般信息和事件，/var/log/apt/history.log 记录着软件包安装、升级、卸载的历史记录。通过查看这些日志文件，管理员可以了解系统的运行状况，排查故障和安全问题。​

/tmp 目录​

此目录用于存放临时文件，系统和应用程序在运行过程中产生的临时数据会存储在这里。例如，用户在使用软件进行文件编辑时，软件可能会在 /tmp 目录下创建临时文件来保存未保存的内容。/tmp 目录中的文件在系统重启后通常会被清除，以释放磁盘空间。​

/dev 目录​

/dev 目录包含设备文件，这些文件代表着系统中的硬件设备，如硬盘、光驱、串口等。例如，/dev/sda 通常代表系统中的第一块硬盘，/dev/ttyS0 代表第一个串口设备。应用程序通过访问这些设备文件来与硬件设备进行交互，实现数据的输入输出等操作。​

（四）Ubuntu 24.04 文件类型介绍​

普通文件​

文本文件：在 Ubuntu 24.04 中，文本文件是最常见的普通文件类型之一，通常以.txt 等扩展名标识（但扩展名并非绝对判断依据）。使用文本编辑器（如 nano、vim 等）创建和编辑的文件大多是文本文件，它们以 ASCII 或 Unicode 编码存储字符数据。例如，用户创建的一份记录日常工作的笔记文件就是文本文件，通过 “cat” 命令可以在终端查看其内容。​

二进制文件：二进制文件包含计算机可直接执行的机器指令或其他非文本数据，如系统中的可执行程序（如 /bin 目录下的命令文件）、图像文件（如.jpg、.png 格式）、音频文件（如.mp3 格式）等。这些文件不能直接用文本编辑器查看其内容，因为它们的编码格式不是人类可读的字符形式，而是特定的二进制格式，用于计算机硬件和软件的特定操作。​

目录文件​

目录文件在 Ubuntu 文件系统中用于组织和管理其他文件和目录，类似于 Windows 系统中的文件夹。目录文件本身也有自己的属性和权限，通过 “ls -l” 命令查看目录时，会看到其权限信息，例如 “drwxr - xr - x”，其中 “d” 表示这是一个目录文件。目录的执行权限（x）允许用户进入该目录，读权限（r）允许用户列出目录中的内容，写权限（w）允许用户在目录中创建、删除或重命名文件和子目录。​

链接文件​

硬链接：硬链接是文件的另一个名称，它与原文件共享相同的 inode 号（inode 是文件系统中用于标识文件的唯一编号）。在 Ubuntu 24.04 中，可以使用 “ln” 命令创建硬链接。例如，有一个文件 “file1.txt”，执行 “ln file1.txt file2.txt” 后，file2.txt 就是 file1.txt 的硬链接，它们指向磁盘上的同一个物理数据块，修改其中一个文件的内容，另一个文件也会相应改变，且删除其中一个硬链接，并不会影响另一个以及原文件的数据。​

软链接（符号链接）：软链接类似 Windows 的快捷方式，它有自己独立的 inode 号，指向的是原文件的路径。使用 “ln -s” 命令创建软链接，比如 “ln -s /home/user1/file1.txt/tmp/file1_link.txt”，此时 /tmp/file1_link.txt 就是指向 /home/user1/file1.txt 的软链接。如果原文件被移动或删除，软链接将失效，无法访问到正确的数据。​

设备文件​

字符设备文件：字符设备文件用于表示以字节为单位进行数据传输的设备，如键盘、串口设备等。这些设备的数据传输是连续的、按字符流进行的。在 /dev 目录下，像 /dev/tty（代表终端设备）、/dev/ttyS0（串口设备）等都是字符设备文件。应用程序通过对这些设备文件进行读写操作，实现与相应设备的交互。​

块设备文件：块设备文件用于表示以块为单位进行数据传输的设备，典型的如硬盘、光驱等。块设备文件的数据传输效率较高，通常一次传输多个字节的数据块。例如，/dev/sda 代表系统中的第一块硬盘，/dev/sr0 代表第一个光驱设备。系统通过块设备文件来管理和访问存储设备上的数据。​

（五）常见 Linux 文件系统类型介绍​

ext 系列​

ext2：早期常用的 Linux 文件系统，设计简单，但不支持日志功能。如果系统突然崩溃，可能导致文件系统不一致，数据恢复较麻烦。它适用于对数据安全性要求不高，追求简单高效存储的场景。在一些早期的 Ubuntu 版本中，部分用户会根据自身需求，如临时存储一些不重要的测试数据，选择使用 ext2 文件系统来格式化分区。​

ext3：在 ext2 基础上加入日志功能。它会记录文件系统的操作日志，当系统崩溃后，能通过日志快速恢复数据，大大提高了数据安全性。很多对数据完整性有一定要求的服务器，会选择 ext3 文件系统。一些 Ubuntu 服务器部署场景中，为确保数据安全，会将系统分区格式化为 ext3，在面对意外断电等情况时，可通过日志快速恢复文件系统的一致性。​

ext4：ext3 的升级版，支持更大的文件系统和文件大小。在性能和存储效率上有优化，比如更快的文件读写速度，更合理的磁盘空间分配。目前，ext4 是 Linux 系统中广泛使用的文件系统，适用于大多数日常使用和企业级应用场景。默认情况下，Ubuntu 桌面版和服务器版在安装时，通常会将主要分区格式化为 ext4，以满足用户日常使用和企业级数据存储与处理的需求。​

XFS​

XFS 是高性能的日志文件系统，特别适合大文件和高并发读写场景。比如视频编辑工作中，处理动辄几十 GB 的视频文件，或者大数据存储时，大量数据同时读写。XFS 具有出色的扩展性，能支持非常大的文件系统和文件。它的日志机制让文件系统在出现故障时能快速恢复，减少停机时间。其优化的 I/O 操作和存储结构，能充分发挥现代硬件（如高速硬盘、多核处理器）的性能优势。在一些 Ubuntu 系统搭建的视频编辑工作站中，为应对大视频文件的频繁读写，会将存储视频素材的分区格式化为 XFS 文件系统，提升工作效率。​

Btrfs​

Btrfs 是新型 Linux 文件系统，有多项先进特性。它支持快照功能，用户可以在不占用额外存储空间的情况下，为文件系统创建多个时间点的副本，方便数据备份和恢复。例如，开发人员在进行软件版本迭代时，可通过快照轻松回滚到之前的版本。Btrfs 还支持数据压缩，能减少存储空间占用，提高存储效率。此外，它具备磁盘阵列管理功能，可将多个磁盘组合成一个逻辑存储单元，提供更好的数据冗余和性能提升，为用户提供更强大、灵活的数据管理方式。一些 Ubuntu 系统的开发者在进行软件开发时，利用 Btrfs 的快照功能，方便地对不同开发阶段的文件系统状态进行保存和回溯，提高开发效率。​

与 Windows 兼容的文件系统（FAT32 与 NTFS）​

Linux 虽然主要使用自身的文件系统，但也能兼容常见的 Windows 文件系统。FAT32 常用于移动存储设备，因其广泛兼容性，几乎所有操作系统都能读写。在 Linux 系统中，可通过简单挂载操作访问 FAT32 格式的 U 盘或 SD 卡。NTFS 是 Windows 主流文件系统，在 Linux 中通过特定驱动可实现读写操作，但部分高级功能（如 Windows 的文件权限和加密）可能受限。在需要与 Windows 系统共享数据的场景中，了解和使用这两种文件系统很重要，比如在双系统电脑中，不同系统间共享数据。在 Ubuntu 与 Windows 组成的双系统环境下，用户可通过挂载操作，访问 Windows 分区中的 NTFS 格式数据，实现数据共享。例如，在 Ubuntu 中安装 ntfs - 3g 驱动后，就能方便地读取和写入 NTFS 格式分区中的文件。