檔案系統、主機用途與硬碟規劃

檔案系統、主機用途與硬碟規劃

大綱

前言

在 Linux 系統上所有的東西都是以檔案的方式在處理的，各種檔案儲存在系統 根目錄 / 之下的階層式目錄架構中，在整個檔案系統上有各式各樣不同的檔案類型，除了我們熟知的一般檔案與目錄之外，還有連結檔、socket、管線檔（pipe）、硬體設備檔等各種軟硬體的資源。另外，Linux 檔案附檔名是沒有意義的， xxx.txt xxx.exe 都可能是文字檔或執行檔，檔案名稱是區分大小寫的，例如► sample.txt 和 Sample.txt 是不一樣的。

取材自: 鳥哥

一般檔案與目錄

一般檔案是最常見的檔案類型，包含文字檔、二進位檔、圖片檔、影片檔、壓縮檔等等，這些都是屬於一般檔案的類型。

而大家所熟知的目錄在 Linux 中也是一種特別的檔案，其作用就是用來放置別的檔案或目錄，架構出整個檔案系統的目錄結構。

一般檔案在 ls -l 的輸出中，是以 - 表示，而目錄的話則是以 d 表示：

ls -l /etc/

Block 設備檔案

block 設備檔案是用來存取硬體設備的媒介，它的特性跟一般的檔案差不多，具有記憶體緩衝區的功能，可以將一個區塊的資料放在快取記憶體中進行存取，最後以整個資料區塊的方式寫入硬體設備中，所以稱為 block 設備檔案。

block 設備檔案通常也都是可查找的（seekable），也就是可以存取其中任意的位置的資料。

在 /dev 中的硬碟與記憶卡就是最典型的 block 設備檔案：

ls -l /dev/sd*    # 硬碟、隨身碟
ls -l /dev/mmc*   # 記憶卡
block 設備檔案

在使用 dd 指令將 ISO 檔製作成 Live USB 隨身碟時，就會使用到 block 設備檔案，另外若要清空硬碟、隨身碟或記憶卡時，也可以使用 dd 來處理，例如使用 0x00 清空整個硬碟：

dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=4096

或是使用亂數填滿整個硬碟，以達到資料銷毀的目的：

dd if=/dev/urandom of=/dev/sdb bs=4096

Character 設備檔案

character 設備檔案也是一種用來存取硬體設備的媒介，不過它的特性與 block 設備檔案不太一樣，character 設備檔案比較類似管線（pipe）或序列埠（serial port）的概念，資料的輸入與輸出都是立即性的，沒有緩衝區，這種設備檔案在處理資料時都是一個字元接著一個字元依序處理的，所以稱為 character 設備檔案。

設備對於資料的處理方式是由其對應的驅動程式所負責，寫入資料至不同設備，會有不同的功用，例如讓喇叭產生聲音、輸出訊息至螢幕或序列埠；從設備讀取資料也有各種不同的情況，例如產生亂數等。

在 /dev 中的設備檔案大多是都是屬於 character 設備檔案：

ls -l /dev/
character 設備檔案

這是從 /dev/urandom 這個 character 設備檔案讀取亂數資料的例子：

head -c16 /dev/urandom | od -A x -t x1z -v

我們從 /dev/urandom 讀取 16 個 bytes 的資料，再導向給 od 輸出：

從 /dev/urandom 讀取資料

/dev/zero 也是一個 character 設備檔案，而從其中讀取出來的資料都會是 0x00：

head -c32 /dev/zero | od -A x -t x1z -v

連結檔案

連結檔案就是指向其他檔案或目錄的連結，這種檔案類型在系統上也是很常見的。

ls -l /etc/rc5.d

連結檔案對於一般使用者來說也是很常用的，以下是建立連結檔案的指令：

ln -s target link_name

這樣就會建立一個 link_name 連結檔案，而其內容就是指向 target 這個檔案。

Pipe 管線檔案

pipe 管線檔案就是一種讓兩個行程（process）之間可以傳遞資料的媒介，其特性就跟 Unix 的管線（pipe）相同，從一個行程讀取資料之後，再把資料傳送給另外一個行程，只不過它是以有名稱的檔案來提供資料導向的功能。

我們以一個最簡單的範例來說明 pipe 管線檔案如何使用，首先來看一個普通的管線範例，這裡我們將 date 的輸出透過管線導向至 cat，然後輸出至標準輸出：

date | cat

接著我們將是範利用 pipe 管線檔案來達到相同的效果，首先使用 mkfifo 建立一個 pipe 管線檔案

mkfifo mypipe
ls -l mypipe

有了 pipe 管線檔案之後，我們可以將 date 的輸出導入這個 pipe 管線檔案：

date > mypipe

這時候資料會被儲存至 pipe 管線檔案的緩衝區中，等待後續的行程來讀取它。

接著我們再使用 cat 將這個 pipe 管線檔案中資料讀取出來，並且輸出：

cat mypipe

這樣的效果就等同於一般的 Unix 管線，不過在程式設計上使用 pipe 管線檔案會比較方便，可讓不同的程式直接以檔案的形式互相傳遞資料。

Socket 檔案

socket 檔案也是用於不同行程之間溝通用的媒介，特別是在網路服務的應用上特別常見，可提供不同主機之間互相溝通的管道，而這種檔案類型絕大部分都是在程式設計時才會有機會使用到。

在 Linux 伺服器上的 /run/ 目錄中通常會有一些 socket 檔案：

ls -l /run/*sock*

在開發網路通訊相關的程式時，就很常會需要建立 socket 檔案，以 C 語言來說就是使用 socket 這個函數：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
在建立好 socket 檔案之後，所有的網路資料傳輸就可以仿照存取檔案的方式處理，這部份可以參考網路上 Linux 的 socket 程式設計範例。

主機用途與服務

主機準備三台

  • 營運主機
  • 備份主機
  • 筆電主機

各硬體裝置在 Linux 中的代號

在 Linux 系統當中，每個裝置都被當成一個檔案來對待！
  • IDE 硬碟機 : /dev/hd[a-d]
  • SCSI 硬碟機 : /dev/sd[a-p]
  • USB 隨身碟 : /dev/sd[a-p](與 SCSI 硬碟一樣)
  • CDROM  :  /dev/cdrom
  • 軟碟機 :  /dev/fd[0-1]
  • 印表機 :  /dev/lp[0-2]
  • 滑鼠 :  /dev/mouse
  • 磁帶機 :  /dev/ht0 (IDE)或/dev/st0 (SCSI 介面)

主機用途與服務

  • Linux 與 Window 共存: LILO 與 Grub;
  • NAT(Network Address Transfer) : 類似 IP 分享器的功能。當內部電腦要連接上 Internet 時，需要通過 NAT 的技術，將你內部電腦的資料封包中，關於 IP 的設定都設定成 NAT 主機的公共 IP ，然後才傳送出去 Internet ，如此一來，你的內部電腦雖然是使用私有 IP ，但是在連線上 Internet 時，就可以透過 NAT 主機的 NAT 技術，將 IP 來源給改了改！哈哈！如此一來，就可以向 Internet 要求資料囉！
  • SAMBA (類似網路上的芳鄰功能) : 在 Windows 裡面可以很輕易的就以『網路上的芳鄰』來分享彼此的檔案資料，那麼 Linux 要如何與 Windows 分享呢？呵呵！使用 SAMBA 就可以啦！ 這也是最普遍的 file server （檔案伺服器）。 由於分享的資料量可能較大，那麼對於系統的網路卡與硬碟的大小及速度就比較重要， 如果您針對不同的使用者提供檔案伺服器功能，那麼 /home 可以考慮獨立出來，並且加大容量。
  • Mail (郵件伺服器)： Linux 一安裝完畢就已經提供了 Sendmail 或 Postfix 的郵件服務！ 由於我們如果向外面的公司申請免費的 E-Mail 信箱，了不起容量大致上到 20 MB ， 但是，要知道有時候我們一不小心就會讓郵件容量超過了 20 MB，這樣一來，呵呵，您的免費信箱就爆了！真抱歉....但是，如果你自己架設一個 mail server 呢？哈哈！哪麼你的信箱就可以到達幾 GB 這麼大！很過癮吧！在 mail server 上面，重要的也是硬碟容量與網路卡速度，在此情境中，也可以將 /var 獨立出來，並加大容量。
  • Web (WWW 伺服器)：WWW 幾乎是每個主機上面都會安裝的一個套件了！當然，要推銷你自己的話，那麼 WWW 伺服器是絕對不會被你忘掉的！在 Web server 上面，CPU 的等級有時候不能太低，而最重要的則是 RAM 了！要增加 WWW 系統的穩定度，提升 RAM 是一個不錯的考量。
  • DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol ) (提供自動取得 IP 的功能)： NAT 搞定之後，要曉得的是，你的 Client （用戶端）每一部都需要經過設定才能上網 ( 剛剛提到的私有 IP 的概念！ ) ！好麻煩！那麼使用 DHCP 就可以改善這個問題囉！ Client 端都不必設定任何咚咚，馬上將可以上網了！快樂吧！ 這個咚咚的硬體要求可以不必很高囉。
  • Proxy (代理伺服器)： 這也是常常會安裝的一個伺服器軟體，尤其像中小學校的頻寬較不足的環境下， Proxy 將可有效的解決頻寬不足的問題！當然，你也可以在家裡內部安裝一個 Proxy 喔！但是，這個伺服器的硬體要求可以說是相對而言最高的，他不但需要較強有力的 CPU 來運作，對於硬碟的速度與容量要求也很高！ 自然，既然提供了網路服務，網路卡則是重要的一環！
  • FTP是File Transfer Protocol（文件傳輸協議）:  架設 FTP 實在是一件不智的事情！因為對你的頻寬影響太大了！  相當不建議架設 FTP 的啦！尤其安全性上面也很傷腦筋！ 對於 FTP 則是您的硬碟容量與網路卡好壞相關性較高。
  • DNS伺服器 : 網域名稱系統（Domain Name System），功能就像戶政系統，看就知道不需要很有效率(公家機構嘛)需要硬體不會很高，但就是手續複雜，啊哈。

Linux 檔案系統的規劃

Linux系統分割區最少要包括  /  和  swap(虛擬記憶體)兩個。 以下是幾個考量的重點:

資料的安全性

若硬碟切割為不同區域，當某區塊發生問題不會影響其他區塊。

資料分類

將靜態與動態資料(例如:/var , /var/log, /var/spool/mail,  /home )分開，以避免檔案過滿影響到其他系統執行。

不同檔案系統類型

  • /boot ►包含了作業系統的核心和在啟動系統過程中所要用到的檔案
  • swap►虛擬記憶體
  • / ►根目錄 ,  /var ►主要放置系統執行過程中經常變化的檔案
  • /home►使用者的home目錄所在地

Linux各個分割區的作用

  • / 根目錄►建議在根目錄下面只有目錄，不要直接有檔案。
  • swap►相當於Windows上的虛擬記憶體。
  • /boot ►包含了作業系統的核心和在啟動系統過程中所要用到的檔案，建這個分割區是有必要的，因為目前大多數的PC機要受到BIOS的限制, 況且如果有了一個單獨的/boot啟動分割區，即使主要的根分割區出現了問題，計算機依然能夠啟動。這個分割區的大小約在60MB—120MB之間。
  • /bin►bin 是binary縮寫，主要放置一般使用者可以操作的指令程式。
  • /etc ►系統主要的設定檔案幾乎都放在這個目錄內。
  • /dev►裝置檔案，在Linux系統上，任何裝置都以檔案型別存放在這個目錄中，如硬碟裝置檔案，軟碟機、光碟機裝置檔案等。
  • /lib , /lib64►主要為系統函式庫和核心函式庫，若是 64 位元則放在 /lib64。連結到 /usr/lib, /usr/lib64。
  • /home►使用者的home目錄所在地，這個分割區的大小取決於有多少使用者。如果是多使用者共同使用一台電腦的話，這個分割區是完全有必要的，況且根使用者也可以很好地控制普通使用者使用計算機，如對使用者或者使用者組實行硬碟限量使用，限制普通使用者存取哪些檔案等。
  • /media, /mnt ►mnt是mount的縮寫。/media 放置隨插即用的裝置慣用目錄，/mnt 為管理員/使用者手動掛上（mount）的目錄。
  • /root►為系統管理者的家目錄。
  • /opt ►全名為 optional，通常為第三方廠商放置軟體處，不過我們還是習慣放在/usr/local下。
  • /sbin►必要的系統執行檔。放置系統管理員可以操作的指令。連結到 /usr/bin，/usr/sbin。
  • /tmp►存放暫存檔。這對於多使用者系統或者網路伺服器來說是有必要的。這樣即使程式執行時生成大量的臨時檔案，或者使用者對系統進行了錯誤的操作，檔案系統的其它部分仍然是安全的。因為檔案系統的這一部分仍然還承受著讀寫操作，所以它通常會比其它的部分更快地發生問題。這個目錄是任何人都能存取的，所以需要定期清理。
  • /usr ► /usr 全名為 unix software resource 縮寫，放置使用者使用的系統指令和應用程式、服務（注意不是 user 的縮寫喔！），需要較大空間分給它。
  • /usr/bin ►
  • /usr/local/bin ►
  • /usr/lib►
  • /usr/local/lib►
  • /var ►主要放置系統執行過程中經常變化的檔案，例如快取（cache）或者是隨時更改的登入檔案（log file）。
  • /var/log ►系統紀錄檔記錄分割區，如果設立了這一單獨的分割區，這樣即使系統的紀錄檔檔案出現了問題，它們也不會影響到作業系統的主分割區。
  • /var/spool/mail►郵件檔。
  • /proc : 此目錄資訊是在記憶體中由系統自行產生的，儲存了一些當前的進程ID號和CPU、記憶體的對映等，因為這個目錄下的資料都在記憶體中，所以本身不佔任何硬碟空間。
  • /sys :  與 /proc 類似，但主要針對硬體相關參數。
  • /run : 系統進行服務軟體運作管理處。
  • /srv :  一些服務啟動之後，這些服務所需要存取的資料目錄，如WWW伺服器需要的網頁資料就可以放在/srv/www中。
  • /lost+found   該目錄在大多數情況下都是空的，但當實然停電或者非正常關機後，有些檔案臨時存入在此。

主機硬碟分割

Linux 每個目錄存放不同用途的檔案

在還沒確定主機用途時可只切割

  • /
  • /home
  • swap

一般個人使用桌機

  • /
  • /boot
  • /usr
  • /var
  • /home
  • /backup
  • swap

Mial server

  • /
  • /boot
  • /usr
  • /var
  • /var/spool (mail 放在 /var/spool/mail)
  • /home
  • /backup
  • swap

Web server

  • /
  • /boot
  • /usr
  • /var
  • /home (加大空間)
  • /backup
  • swap
掛載目錄之空間，與主機用途有關。例如：規劃為 Mail server 則 /var/spool 空間要大。


參考資料

特色、摘要，Feature、Summary:

  • 環境安裝、設定與更新 - 相關文章

關鍵字、標籤，Keyword、Tag:

  • Linux,Ubuntu,Server

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查詢指令或設定 -Linux 線上手冊 - man

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 Linux 線上手冊（man page） man page（manual page 的簡寫）是在 UNIX/Linux 系統上特有的說明文件格式，在這個領域大家都會直接稱呼這樣的文件為 man page。 參考網址 : Ubuntu manuals官 網   (外連結) ， Michael Kerrisk - man page (外連結)  。 基本查詢 一般稍微有經驗的 Linux 使用者大概都知道使用 man 指令加上要查詢的說明主題來閱讀線上手冊，通常主題的名稱就是指令或是函數的名稱，例如查詢 ls 的用法： $man ls $ls(1)、$kill(1)  ....可用指令檢視不同章節的介紹。 指定章節（Section） Linux 的線上手冊分為幾個主要的章節（sections），每個章節對應不同的類別： man 1 ：執行檔或程式或是 shell 指令。如: ls、kill ....等。 man 2 ：系統呼叫（system calls，Linux 核心所提供的函數）。 man 3 ：函式庫或例行工作。 man 4 ：特殊檔案（通常位於 /dev）。 man 5 ：檔案格式與協定，如 /etc/passwd。 man 6 ：遊戲。 man 7 ：雜項（巨集等，如 man(7)、groff(7)）。 man 8 ：系統管理者指令（通常是管理者 root 專用的）。 man 9 ：內核中的接口和子程序（非標準）。 而在線上手冊中的文件都會以小括弧來標明該文件所屬的章節，例如 LS(1) 就代表這份文件隸屬於第 1 個章節。 有些時候一個主題名稱在不同章節中有不同的說明文件，如果查詢一個主題的時候沒有指定章節，預設會依照 1 n l 8 3 2 3posix 3pm 3perl 5 4 9 6 7 這個順序來搜尋，然後顯示第一個搜尋到的章節。 例如 passwd 這個主題有 passwd(1) 與 passwd(5) 兩個章節，如果不指定章節的話： $man passwd 就會顯示 passwd(1)，而若要查詢 passwd(5) 的話，就要明確指定章節數： $man 5 passwd 列出所有章節 有時候我們對於某個主題有興趣，但是卻不知道該主題有哪些章節可以查詢，這時候就可以使用 -a...
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下載網頁使用 requests 模組

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下載網頁使用 requests 模組 前言 本篇介紹如何在 Python 中使用 requests 模組建立各種 HTTP 請求，從網頁伺服器上取得想要的資料。 大綱 requests 模組重要功能 安裝套件 使用方法 requests 基本應用範例 搜尋網頁特定內容 下載網頁失敗的異常處理 網頁伺服器阻擋造成讀取錯誤 爬蟲程式偽裝成瀏覽器 認識 robots.txt 儲存下載的網頁 檢視網頁原始檔 Chrome瀏覽器為例 requests 模組重要功能 Keep-Alive & Connection Pooling 保持持續連接直到一方中斷和連接池 International Domains and URLs 支持國際域名和 URL Sessions with Cookie Persistence 具有 Cookie 持久性的會話 Browser-style SSL Verification 瀏覽器式 SSL 驗證 Automatic Content Decoding 自動內容解碼 Basic/Digest Authentication 基本/摘要式身份驗證 Elegant Key/Value Cookies 優雅的鍵/值 (key/value) 結構的 Cookie Automatic Decompression  自動解壓縮 Unicode Response Bodies  支援Unicode格式的伺服器回應文件主體 HTTP(S) Proxy Support 支持代理 IP  Multipart File Uploads 分段文件上傳 Streaming Downloads 串流下載 Connection Timeouts 連接超時 Chunked Requests 支援 Chunked 編碼，也可想成分塊傳輸編碼請求 .netrc Support  支持.netrc 文件 安裝套件 pip install requests 使用方法 引入  import requests ...
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