shell编程范例之文件系统操作

前言

    准备了很久，找了好多天的资料，还不知道应该如何开始动笔写：因为担心“拿捏”不住，所以一方面继续查找资料，一方面思考如何来写。作为“shell编程 范例”序列的一部分，希望它能够很好地帮助shell程序员理解如何用shell命令来完成和Linux系统关系非常之大的文件系统的各种操作，希望让 Shell程序员中对文件系统"混沌"的状态从此消失，希望文件系统以一种更为清晰的样子呈现在我们的眼前。

-1 文件系统在Linux操作系统中的位置

    如何来认识文件系统呢？从shell程序员的角度来看，文件系统就是一个用来组织各种文件的方法。但是文件系统无法独立于硬件存储设备和操作系统而独立存 在，因此我们还是有必要来弄清楚硬件存储设备、分区、操作系统、逻辑卷、文件系统等各种概念之间的联系，以便理解我们对文件系统的常规操作的一些“细 节”。这个联系或许（也许会有一些问题）可以通过这样一种方式来呈现，如附录图[1]。
    从该图中，我们可以清晰地看到各个“概念”之间的关系，它们以不同层次分布，覆盖硬件设备、系统内核空间、系统用户空间。在用户空间，用户可以不管内核是 如何操作具体硬件设备的，仅仅使用程序员设计的各种界面就可以拉，而普通程序员也仅仅需要利用内核提供的各种接口（system call）或者一些C库来和内核进行交互，而无须关心具体的实现细节。不过对于操作系统开发人员，他们需要在内核空间设计特定的数据结构来管理和组织底层 的硬件设备。
    下面我们从下到上的方式（即从底层硬件开始），用工具来分析和理解图中几个重要的概念。（如果有兴趣，可以先看看下面的几则资料）

    参考资料：
    [1] Linux 系统的基本组成和文件系统结构
 http://forum.ubuntu.org.cn/weblog_entry.php?e=332&sid=3ceee92718a77d5eef867497470ecc7b
    [2] 从文件 I/O 看 Linux 的虚拟文件系统
    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-vfs/
    [3] Linux 文件系统剖析    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-filesystem/index.html?ca=drs-cn
    [4] 第九章 文件系统
 http://man.chinaunix.net/tech/lyceum/linuxK/fs/filesystem.html
    [5] Linux逻辑盘卷管理LVM详解
    http://unix-cd.com/vc/www/28/2007-06/1178.html

0 硬件管理和设备驱动

   
    Linux系统通过不同的设备驱动模块管理不同的硬件设备。如果添加了新的硬件设备，那么需要编写相应的硬件驱动模块来管理它。对于一些常见的硬件设备， 系统已经自带了相应的驱动，编译内核时，选中它们，可以把它们编译成内核的一部分，也可以以模块的方式编译。如果以模块的方式编译，那么可以在系统的 /lib/modules/`uname -r`目录下找到对应的模块文件。
    比如，可以这样找到相应的scsi驱动和usb驱动的模块：

Quote:
// 更新系统中文件索引数据库(有点慢，不耐烦就按下CTRL+C取消掉）
$ updatedb
// 查找scsi相关的驱动
$ locate scsi*.ko
// 查找usb相关的驱动
$ locate usb*.ko

    这些驱动的名字以.ko为后缀，在安装系统时默认编译为了模块。实际上可以把它们编译为内核的一部分，仅仅需要在编译内核时选择为
即可（更多内核模块编译的资料请参考资料[5]）。但是，很多情况下会以模块的方式编译它们，这样可以减少内核的大小，并根据需要灵活地加载和卸载它们。下面简单地演示如何查看已加载模块的状态，卸载模块，加载模块。
    可通过查看/proc文件系统的modules文件检查内核中已加载的各个模块的状态，也可以通过lsmod命令直接查看它们。

Quote:
$ cat /proc/modules
或者
$ lsmod
// 例如，查看scsi和usb相关驱动模块如下，结果各列为模块名、模块大小、被其他模块的引用情况（引用次数、引用它们的模块）
$ lsmod | egrep "scsi|usb"
usbhid                 29536  0 
hid                    28928  1 usbhid
usbcore               138632  4 usbhid,ehci_hcd,ohci_hcd
scsi_mod              147084  4 sg,sr_mod,sd_mod,libata
  
    下面卸载usbhid模块看看（呵呵，小心卸载scsi的驱动哦！因为你的系统就跑在上面，如果确实想玩玩，卸载前记得保存数据），通过rmmod命令就可以实现。

Quote:
// 先切换到root用户
$ rmmod usbhid
// 再查看该模块的信息，已经看不到了吧
$ lsmod | grep ^usbhid

    如果你有个usb鼠标，那么移动一下，是不是发现动不了啦？因为设备驱动都没有了，设备自然就没法用罗。不过不要紧张，既然知道是什么原因，那么把设备驱动重新加载上就可以啦，下面用insmod把usbhid模块重新加载上。

Quote:
// 也要root用户的
$ insmod `locate usbhid.ko`
// `locate usbhid.ko`是为了找出usbhid.ko模块的路径，如果你之前没有updatedb，估计用它是找不到了，不过你可以直接到/lib/modules目录下把usbhid.ko文件找到。

    okay,现在鼠标又可以用啦，不信再动一下鼠标 :-)
    到这里，硬件设备和设备驱动之间关系应该是比较清楚了吧。如果没有，那么继续下面的内容。
    在Linux下，设备驱动关联着相应的设备文件，而设备文件则和硬件设备一一对应（更多细节请参考资料[8][9][10]）。这些设备文件都统一存放在系统的/dev/目录下。
    例如，scsi设备对应的/dev/sda,/dev/sda1,/dev/sda2...下面查看这些设备文件的信息。
Quote:
$ ls -l /dev/sda*
brw-rw---- 1 root disk 8, 0 2007-12-28 22:49 /dev/sda
brw-rw---- 1 root disk 8, 1 2007-12-28 22:50 /dev/sda1
brw-rw---- 1 root disk 8, 3 2007-12-28 22:49 /dev/sda3
brw-rw---- 1 root disk 8, 4 2007-12-28 22:49 /dev/sda4
brw-rw---- 1 root disk 8, 5 2007-12-28 22:50 /dev/sda5
brw-rw---- 1 root disk 8, 6 2007-12-28 22:50 /dev/sda6
brw-rw---- 1 root disk 8, 7 2007-12-28 22:50 /dev/sda7
brw-rw---- 1 root disk 8, 8 2007-12-28 22:50 /dev/sda8

    可以看到第一列第一个字符都是b，第五列都是数字8。b表示该文件是一个块设备文件，对应地，如果是c则表示字符设备（例如/dev/ttyS0，关于块设备和字符设备的区别，可以看这里［摘自网络］）。
Quote:
   字符设备：字符设备就是能够像字节流一样访问的设备，字符终端和串口就属于字符设备。
   块设备：块设备上可以容纳文件系统。与字符设备不同，在读写操作时，块设备每次只能传输一个或多个完整的块。在Linux操作系统中，应用程序可以像访问 字符设备一样读写块设备（一次读取或写入任意的字节数据）。因此，块设备和字符设备的区别仅仅是在内核中对于数据的管理不同。

    数字8则是该硬件设备在内核中对应的设备编号，可以在内核的Documentation/devices.txt文件中找到设备号分配情况。但是为什么同 一个设备会对应不同的设备文件（/dev/sda后面为什么还有不同的数字，而且ls结果中的第6列貌似和它们对应起来的）。这实际上是为了区分不同设备 的不同部分。对于硬盘，这样可以处理硬盘内部的不同分区。就内核而言，它仅仅需要通过第5列的设备号就可以找到对应的硬件设备，但是对于驱动模块来说，它 还需要知道如何处理不同的分区，于是就多了一个辅设备号，即第6列对应的内容。这样一个设备就有了主设备号（第5列）和辅设备号（第6列），从而方便的实 现对各种硬件设备的管理。
    因为设备文件和硬件是对应的，这样我们可以直接从/dev/sda（如果是IDE的硬盘，那么对应的设备就是/dev/hda啦）设备中读出硬盘的信息，例如：
Quote:
// 用dd命令复制出硬盘的前512个字节，要root用户哦
$ dd if=/dev/sda of=mbr.bin bs=512 count=1
// 用file命令查看相应的信息
$ file mbr.bin
mbr.bin: x86 boot sector, LInux i386 boot LOader; partition 3: ID=0x82, starthead 254, startsector 19535040, 1959930 sectors; partition 4: ID=0x5, starthead 254, startsector 21494970, 56661255 sectors, code offset 0x48
// 也可以用od命令以16进制的形式读取并进行分析
$ od -x mbr.bin
// bs是块的大小（以字节bytes为单位），count是块数

    因为这些信息并不是很直观（而且下面我们会进一步深入的分析），那么我们来看看另外一个设备文件，将可以非常直观的演示设备文件和硬件的对应关系。还是以鼠标为例吧，下面来读取鼠标对应的设备文件的信息。
Quote:
// 同样需要root用户
$ cat /dev/input/mouse1 | od -x
// 你的鼠标驱动可能不太一样，所以设备文件可能是其他的，但是都会在/dev/input下

    移动鼠标看看，是不是发现有不同信息输出。（基于这一原理，我们经常通过在一端读取设备文件/dev/ttyS0中的内容，而在另一端往设备文件/dev/ttyS0中写入内容来检查串口线是否被损坏。）
    到这里，对设备驱动、设备文件和硬件设备之间的关联应该是印象更深刻了。如果想深入了解设备驱动的工作原理和设备驱动模块的编写，那么看看参考资料[10]，开始你的设备驱动模块的编写历程吧。

    参考资料：
    [5] Compile linux kernel 2.6
    http://www.cyberciti.biz/tips/compiling-linux-kernel-26.html
    [6] Linux系统的硬件驱动程序编写原理
    http://www.blue1000.com/bkhtml/2001-02/2409.htm
    [7] Linux下USB设备的原理、配置、 常见问题
    http://soft.zdnet.com.cn/software_zone/2007/1108/617545.shtml
    [8] Linux 核心--9.设备驱动
    http://www.bitscn.com/linux/driver/200604/6788.html
    [9] The Linux Kernel Module Programming Guide
    http://www.dirac.org/linux/writing/lkmpg/2.6/lkmpg-2.6.0.html
    [10] Linux设备驱动开发
    http://linuxdriver.co.il/ldd3/

1 理解、查看磁盘分区

    实际上内存、u盘等都可以作为文件系统底层的“存储”设备，但是这里我们仅用硬盘作为实例来介绍磁盘和分区的关系。
    目前Linux的分区依然采用第一台PC硬盘所使用的分区原理（见该部分的参考资料[1]），下面逐步分析和演示这一分区原理。
    先来看看几个概念：

    A. 设备管理和分区

    在Linux下，每一个存储设备对应一个系统的设备文件，对于硬盘等IDE和SCSI设备，在系统的/dev目录下可以找到对应的包含字符hd和sd的设 备文件。而根据硬盘连接的主板设备接口和数据线接口的不同，在hd或者sd字符后面可以添加一个从a到z的字符，例如hda,hdb,hdc和sda, sdb,sdc等，另外为了区别同一个硬件设备的不同分区，在后面还可以添加了一个数字，例如hda1,hda2,hda3...和sda1,sda2, sda3，所以你在/dev目录下，可以看到很多类似的设备文件。

    B. 各分区的作用

    在分区的时候常遇到主分区和逻辑分区的问题，这实际上是为了方便扩展分区，正如后面的逻辑卷的引入是为了更好地管理多个硬盘一样，引入主分区和逻辑分区可以方便地进行分区的管理。
    在Linux系统中，每一个硬盘设备最多由4个主分区（包括扩展分区）构成。
    主分区的作用是计算机用来进行启动操作系统的，因此每一个操作系统的启动程序或者称作是引导程序，都应该存放在主分区上。Linux规定主分区（或者扩展 分区）占用分区编号中的前4个。所以你会看到主分区对应的设备文件为/dev/hda1-4或者/dev/sda1-4，而不会是hda5或者sda5。
    扩展分区则是为了扩展更多的逻辑分区的，在Linux下，逻辑分区占用了hda5-16或者sda5-16等12个编号。

    C. 分区类型

    它规定了这个分区上的文件系统的类型。Linux支持诸如msdoc,vfat,ext2,ext3等诸多的文件系统类型，更多信息在下一小节进行进一步的介绍。
    
    下面通过分析硬盘的前512个字节（即MBR）来分析和理解分区。
    先来看看这张表(见附图2)，它用来描述MBR的结构。MBR包括引导部分、分区表、以及结束标记(55AAH)，分别占用了512字节中446字节、 64字节和2字节。这里仅仅关注分区表部分，即中间的64字节以及图中左边的部分。(如果你对引导部分感兴趣，请参考资料[10][11][12])
    由于我用的是SCSI的硬盘，下面从/dev/sda设备中把硬盘的前512个字节拷贝到文件mbr.bin中。
Quote:
// 先切换到root用户
$ dd if=/dev/sda of=mbr.bin bs=512 count=1

    下面用file,od,fdisk等命令来分析这段MBR的数据，并对照附图[2]以便加深理解。
Quote:
$ file mbr.bin 
mbr.bin: x86 boot sector, LInux i386 boot LOader; partition 3: ID=0x82, starthead 254, startsector 19535040, 1959930 sectors; partition 4: ID=0x5, starthead 254, startsector 21494970, 56661255 sectors, code offset 0x48
$ od -x mbr.bin | tail -6   #仅关注中间的64字节，所以截取了结果中后6行
0000660 0000 0000 0000 0000 a666 a666 0000 0180
0000700 0001 fe83 ffff 003f 0000 1481 012a 0000
0000720 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 fe00
0000740 ffff fe82 ffff 14c0 012a e7fa 001d fe00
0000760 ffff fe05 ffff fcba 0147 9507 0360 aa55
// 先切换到root用户
$ fdisk -l | grep ^/  #仅分析MBR相关的部分，不分析逻辑分区部分
/dev/sda1   *           1        1216     9767488+  83  Linux
/dev/sda3            1217        1338      979965   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda4            1339        4865    28330627+   5  Extended

    file命令的结果显示，刚拷比的512字节是启动扇区，用分号分开的几个部分分别是boot loader，分区3和分区4。分区3的类型是82，即swap分区（可以通过fdisk命令的l命令列出相关信息），它对应fdisk的结果中 /dev/sda3所在行的第5列，分区3的扇区数是1959930，转换成字节数是1959930*512（目前，硬盘的默认扇区大小是512字节）， 而swap分区的默认块大小是1024字节，这样块数就是:
Quote:
$ echo 1959930*512/1024 | bc
979965

    正好是fdisk结果中/dev/sda3所在行的第四列对应的块数，同样地，可以对照fdisk和file的结果分析分区4。
    再来看看od命令以十六进制显示的结果，同样考虑分区3，计算一下发现，分区3对应的od命令的结果为：
Quote:
fe00 ffff fe82 ffff 14c0 012a e7fa 001d 

    首先是分区标记，00H，从图[2]中，看出它就不是引导分区（80H标记的才是引导分区），而分区类型呢？为82H，和file显示结果一致，现在再来关注一下分区大小，即file结果中的扇区数。
Quote:
$ echo "ibase=10;obase=16;1959930" | bc
1DE7FA

    刚好对应e7fa 001d，同样地考虑引导分区的结果：
Quote:
0180 0001 fe83 ffff 003f 0000 1481 012a 

    分区标记：80H，正好反应了这个分区是引导分区，随后是引导分区所在的磁盘扇区情况，010100，即1面0道1扇区。其他内容可以对照分析。
    考虑到时间关系，更多细节请参考下面的资料或者查看看系统的相关手册。

补充：安装系统时，可以用fdisk,cfdisk等命令进行分区。如果要想从某个分区启动，那么需要打上80H标记，例如可通过cfdisk把某个分区设置为bootable来实现。

    参考资料：
    [1] 解析磁盘、分区、文件系统
    http://www.linuxpk.com/37190.html
    [2] 硬盘分区表详解
    http://www.linuxpk.com/5378.html
    [3] 深入理解Linux的硬盘分区
    http://www.linuxpk.com/39733.html
    [4] 什么是硬件分区表
    http://www.pc-web.cn/pc/basic/465.asp
    [5] Linux指导第6部分　使用分区和文件系统
    http://www.pass100.net/jisuanji/linux/zhidao/80974.html
    [10] 硬盘MBR全面分析
    http://www.pc120.net.cn/home/datcb/05101223070444577.htm
    [11] Inside the linux boot process
  http://www-128.ibm.com/developerworks/linux/library/l-linuxboot/
    [12] Develop your own OS: booting
    http://docs.huihoo.com/gnu_linux/own_os/booting.htm
    [13] Redhat 9磁盘分区简介
 http://www.topstudy.com/info/default.aspx?guid=eeac2894-3588-4b1a-9607-1ad377caa03f
    [14] Linux partition HOWTO
    http://mirror.lzu.edu.cn/tldp/HOWTO/Partition/

2 分区和文件系统的关系

    在没有引入逻辑卷之前，分区类型和文件系统类型几乎可以同等对待，设置分区类型的过程就是格式化分区，建立相应的文件系统类型的过程。
    下面主要介绍如何建立分区和文件系统类型的联系，即如何格式化分区为指定的文件系统类型。
    先来看看Linux下文件系统的常见类型（如果要查看所有Linux支持的文件类型，可以用fdisk命令的l命令查看，或者通过man fs查看，也可通过/proc/filesystems查看到当前内核支持的文件系统类型）
    ext2,ext3：这两个是Linux根文件系统通常采用的类型
    swap:这个是具体实现Linux虚拟内存时采用的一种文件系统，安装时一般需要建立一个专门的分区，并格式化为swap文件系统（如果想添加更多的 swap分区，那么可以参考本节的资料[1]，熟悉dd,mkswap,swapon,swapoff等命令的用法）
    proc:这是一种比较特别的文件系统，作为内核和用户之间的一个接口存在，建立在内存中（你可以通过cat命令查看/proc系统下的文件，甚至可以通 过修改/proc/sys下的文件实时调整内核的配置，当前前提是你需要把proc文件系统挂载上[mount -t proc proc /proc]）

    除了这三个最常见的文件系统类型外，Linux支持包括vfat,iso,xfs,nfs在内各种常见的文件系统类型，在linux下，你可以自由地查看和操作windows等其他操作系统使用的文件系统。
    那么如何建立磁盘和这些文件系统类型的关联呢？格式化。
    格式化的过程实际上就是重新组织分区的过程，可通过mkfs命令来实现，当然也可以通过fdisk等命令来实现。这里仅介绍mkfs，mkfs可用来对一 个已有的分区进行格式化，不能实现分区操作（如果要对一个磁盘进行分区和格式化，那么可以用fdisk就可以啦）。格式化后，相应的分区上的数据就通过某 种特别的文件系统类型进行组织了。
    例如：把/dev/sda9分区格式化为ext3的文件系统。
Quote:
// 先切换到root用户
$ mkfs -t ext3 /dev/sda9

    如果要列出各个分区的文件系统类型，那么可以用fdisk -l命令。
    更多信息请参考下列资料。

    参考资料：
    [1] Linux下加载swap分区的步骤
    http://soft.zdnet.com.cn/software_zone/2007/1010/545261.shtml
    [2] 光碟的标准
    http://www.edisc.com.cn/bike/viewnews.btml?id=274
    [3] Linux下ISO镜像文件的制作与刻录
    http://www.examda.com/linux/fudao/20071212/113445321.html
    [4] RAM磁盘分区解释
    http://oldlinux.org/oldlinux/viewthread.php?tid=2677
    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-initrd.html
    [5] 高级文件系统实现者指南
 http://www-128.ibm.com/developerworks/search/searchResults.jsp?searchType=1&searchSite=dWChina&pageLang=zh&langEncoding=UTF8&searchScope=dW&query=%E9%AB%98%E7%BA%A7%E6%96%87%E4%BB%B6%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E8%80%85%E6%8C%87%E5%8D%97&Search.x=42&Search.y=9&Search=%E6%90%9C%E7%B4%A2
    （有必要突出解释swap，RAM文件系统的工作原理等）

3 分区、逻辑卷和文件系统的关系

    在上一节中，我们直接把分区格式化为某种文件系统类型，但是考虑到扩展新的存储设备的需要，开发人员在文件系统和分区之间引入了逻辑卷。考虑到时间关系，这里不再详述，请参考资料[1]。

    参考资料：
    [1] Linux逻辑卷管理详解
    http://unix-cd.com/vc/www/28/2007-06/1178.html
    [2] 见1.2的最后一个参考资料的最后一节

4 文件系统的可视化结构

    文件系统最终呈现出来的是一种可视化的结构，我们可用ls,find,tree等命令把它呈现出来。它就像一颗倒挂的“树”，在树的节点上还可以挂载新的“树”。（如果想把目录结构以图表的方式呈现出来，那么可以使用我之前写的一个脚本，即参考资料[3]）。
    下面简单介绍文件系统的挂载。
    一个文件系统可以通过一个设备挂载（mount）到某个目录下（具体的实现请参考资料[2]和[1]），这个目录被称为挂载点。有趣的是，在Linux 下，一个目录本身还可以挂载到另外一个目录下，一个格式化了的文件也可以通过一个特殊的设备/dev/loop进行挂载（如iso文件）。另外，就文件系 统而言，Linux不仅支持本地文件系统，还支持远程文件系统（如nfs）。
    下面简单介绍文件系统挂载的几个实例。

    A. 根文件系统的挂载

Quote:
// 挂载需要root权限，先切换到root用户
// 挂载系统根文件系统/dev/sda1到一个新的目录下
$ mount -t ext3 /dev/sda1 /mnt/
// 查看/dev/sda1的挂载情况，可以看到，一个设备可以多次挂载
$ mount | grep sda1
/dev/sda1 on / type ext3 (rw,errors=remount-ro)
/dev/sda1 on /mnt type ext3 (rw)
// 对于一个已经挂载的文件系统，为支持不同的属性可以重新挂载
$ mount -n -o remount, rw /

   B. 挂载一个新的设备

    如果内核已经支持了USB接口，那么在插入u盘的时候，我们可以通过dmesg命令查看它对应的设备号，并挂载它。
Quote:
// 查看dmesg结果中的最后几行内容，找到类似/dev/sdN的信息，找出u盘对应的设备号
$ dmesg
// 这里假设u盘是vfat格式的，以便在一些打印店里的windows上也可使用
$ mount -t vfat /dev/sdN /path/to/mountpoint_directory

    C. 挂载一个iso文件或者是光盘

    对于一些iso文件或者是iso格式的光盘，同样可以通过mount命令挂载。
Quote:
// 对于iso文件
$ mount -t iso9660 /path/to/isofile /path/to/mountpoint_directory
// 对于光盘
$ mount -t iso9660 /dev/cdrom /path/to/mountpoint_directory

    D. 挂载一个远程文件系统

Quote:
$ mount -t nfs remote_ip:/path/to/share_directory /path/to/local_directory
[quote]

    E. 挂载一个proc文件系统

Quote:
$ mount -t proc proc /proc

    proc文件系统组织在内存中，但是你可以把它挂载到某个目录下。通常把它挂载在/proc目录下，以便一些系统管理和配置工具使用它。例如top命令用 它分析内存的使用情况（读取/proc/meminfo和/proc/stat等文件中的内容），lsmod命令通过它获取内核模块的状态（读取 /proc/modules），netstat命令通过它获取网络的状态（读取/proc/net/dev等文件），当然，你也可以编写自己的相关工具。 除此之外，通过调整/proc/sys目录下的文件，你可以动态的调整系统的配置，比如通过往 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward文件中写入数字1就可以让内核支持数据包的转发。（更多信息请参考proc的帮助，man proc）

    F. 挂载一个目录

Quote:
$ mount --bind /path/to/needtomount_directory /path/to/mountpoint_directory

    这个非常有意思，比如你可以把某个目录挂载到ftp服务的根目录下，而无须把内容复制过去，就可以把相应目录中的资源提供给别人共享。
    以上都只提到了挂载，那怎么卸载呢？用umount命令跟上挂载的源地址或者挂载点（设备，文件，远程目录等）就可以。例如：
Quote:
$ umount /path/to/mountpoint_directory
或者
$ umount /path/to/mount_source

    如果想管理大量的或者经常性的挂载服务，那么每次手动挂载是很糟糕的事情。这个时候就可以利用mount的配置文件/etc/fstab，把mount对 应的参数写到/etc/fstab文件对应的列中即可实现批量挂载(mount -a)和卸载(umount -a)。/etc/fstab中各列分别为文件系统、挂载点、类型、相关选项。更多信息可参考fstab的帮助(man fstab)。

    参考资料：
    [1] Linux硬盘分区以及其挂载原理
 http://www.xxlinux.com/linux/article/accidence/technique/20070521/8493.html
    [2] 从文件I/O看linux的虚拟文件系统
    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-vfs/   
    [3] 用Graphviz进行可视化操作──绘制函数调用关系图
    http://oss.lzu.edu.cn/blog/blog.php?/do_showone/tid_1425.html

5 如何制作一个文件系统

    Linux的文件系统下有一些最基本的目录，不同的目录下存放着不同作用的各类文件。最基本的目录有/etc, /lib, /dev, /bin等，它们分别存放着系统配置文件，库文件，设备文件和可执行程序。这些目录一般情况下是必须的，在做嵌入式开发的时候，我们需要手动或者是用 busybox等工具来创建这样一个基本的文件系统。如何来制作一个这样的文件系统呢？请参考资料[1]和[2]。这里我们制作仅制作一个非常简单的文件 系统，并对该文件系统进行各种常规的操作，以便加深对文件系统的理解。

    首先，创建一个固定大小的文件。

Quote:
// 还记得dd命令么？我们就用它来产生一个固定大小的文件，这个为1M(1024*1024 bytes)的文件
$ dd if=/dev/zero of=minifs bs=1024 count=1024
// 查看文件类型，这里的minifs是一个充满\0的文件，没有任何特定的数据结构
$ file minifs 
minifs: data

说明：/dev/zero是一个非常特殊的设备，如果读取它，可以获取任意多个\0。

    接着把该文件格式化为某个指定文件类型的文件系统。

（是不是觉得不可思议，文件也可以格式化？是的，不光是设备可以，文件也可以以某种文件系统类型进行组织，但是需要注意的是，某些文件系统（如ext3）要求被格式化的目标最少有64M的空间）。
Quote:
// 格式化文件
$ mkfs.ext2 minifs
// 查看此时的文件类型，这个时候文件minifs就以ext2文件系统的格式组织了
$ file minifs
minifs: Linux rev 1.0 ext2 filesystem data



    因为该文件以文件系统的类型组织了，那么可以用mount命令挂载并使用它。
Quote:
// 请切换到root用户挂载它，并通过-o loop选项把它关联到一个特殊设备/dev/loop
$ mount minifs /mnt/ -o loop
// 查看该文件系统的信息，仅可以看到一个目录文件lost+found
$ ls /mnt/
lost+found



    在该文件系统下进行各种常规操作，包括读、写、删除等。(每次操作前先把minifs文件保存一份，以便比较，结合相关资料就可以深入地分析各种操作对文件系统的改变情况，从而深入理解文件系统作为一种组织数据的方式的实现原理等)
Quote:
$ cp minifs minifs.bak
$ cd /mnt
$ touch hello
$ cd -
$ cp minifs minifs-touch.bak
$ od -x minifs.bak > orig.od
$ od -x minifs-touch.bak > touch.od
// 创建一个文件后，比较此时文件系统和之前文件系统的异同
$ diff orig.od touch.od
diff orig.od touch.od 
61,63c61,64
< 0060020 000c 0202 2e2e 0000 000b 0000 03e8 020a
< 0060040 6f6c 7473 662b 756f 646e 0000 0000 0000
< 0060060 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
---
> 0060020 000c 0202 2e2e 0000 000b 0000 0014 020a
> 0060040 6f6c 7473 662b 756f 646e 0000 000c 0000
> 0060060 03d4 0105 6568 6c6c 006f 0000 0000 0000
> 0060100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
// 通过比较发现：添加一个文件后，文件系统的相应位置发生了明显的变化
$ echo "hello, world" > /mnt/hello
// 执行sync命令，确保缓存中的数据已经写入磁盘（还记得附图[1]的buffer cache吧，这里就是把cache中的数据写到磁盘中）
$ sync
$ cp minifs minifs-echo.bak
$ od -x minifs-echo.bak > echo.od
// 写入文件内容后，比较文件系统和之前的异同
$ diff touch.od echo.od
// 查看文件系统中的字符串
$ strings minifs
lost+found
hello
hello, world
// 删除hello文件，查看文件系统变化
$ rm /mnt/hello
$ cp minifs minifs-rm.bak
$ od -x minifs-rm.bak > rm.od
$ diff echo.od rm.od
// 通过查看文件系统的字符串们发现：删除文件时并没有覆盖文件的内容，所以从理论上说内容此时还是可恢复的
$ strings minifs
lost+found
hello
hello, world
   
    上面仅仅演示了一些分析文件系统的常用工具，并分析了几个常规的操作，如果你想非常深入地理解文件系统的实现原理，请熟悉使用上述工具并阅读相关资料，比如1节的参考资料[2][3][4]。

    参考资料：
    [1] Build a mini filesystem in linux from scratch
    http://oss.lzu.edu.cn/blog/blog.php?/do_showone/tid_1211.html
    [2] Build a mini filesystem in linux with BusyBox
    http://oss.lzu.edu.cn/blog/blog.php?/do_showone/tid_1212.html
    [3] ext2 文件系统
    http://man.chinaunix.net/tech/lyceum/linuxK/fs/filesystem.html

6 如何开发自己的文件系统

    随着fuse的出现，在用户空间开发文件系统成为可能，如果想开发自己的文件系统，那么阅读下面的参考资料吧。

    参考资料：
    [1] 使用fuse开发自己的文件系统

============================================

后记：

[1] 2007年12月22日，收集了很多资料，写了整体的框架。
[2] 2007年12月28日下午，完成初稿，考虑到时间关系，很多细节也没有进一步分析，另外有些部分可能存在理解上的问题，欢迎批评指正。
[3] 2007年12月28日晚，修改部分资料，并正式公开该篇文档。
[4] 29号，添加设备驱动和硬件设备一小节。