如果 Linux 上的所有内容都是文件，那么什么是目录？

Question

初学者经常听到一句话“一切都是 Linux/Unix 上的文件”。但是，目录是什么？它们与文件有何不同？

Answer 1

^{注意：最初这是为了支持我对为什么ls命令中的当前目录被标识为链接到自身的回答？但我觉得这是一个值得独立的话题，因此这个问答}。

理解 Unix/Linux 文件系统和文件：一切都是一个 inode

本质上，目录只是一个特殊文件，其中包含条目列表及其 ID。

在我们开始讨论之前，重要的是区分几个术语并了解目录和文件真正代表什么。对于 Unix/Linux，您可能听说过“一切都是文件”的说法。好吧，用户通常理解的文件是这样的：/etc/passwd- 具有路径和名称的对象。实际上，名称（无论是目录或文件，还是其他任何东西）只是一串文本 - 实际对象的属性。该对象称为inode或 I-number，并存储在磁盘上的 inode 表中。开放程序也有 inode 表，但这不是我们现在关心的问题。

Unix 的目录概念正如 Ken Thompson 在1989 年的一次采访中所说：

...然后其中一些文件是仅包含名称和 I-number 的目录。

从丹尼斯·里奇 1972 年的演讲中可以得出一个有趣的观察结果：

“……目录其实不过是一个文件，但它的内容是由系统控制的，内容是其他文件的名称。（目录在其他系统中有时也称为目录。）”

...但在谈话的任何地方都没有提到 inode。然而，1971年手动上format of directories指出：

文件是目录的事实由其 i-节点条目的标志字中的位指示。

目录条目的长度为 10 个字节。第一个词是条目所代表的文件的 i-节点，如果非零；如果为零，则条目为空。

所以它从一开始就存在。

目录和 inode 配对也在UNIX 文件系统中的目录结构如何存储？. 目录本身是一种数据结构，更具体地说：对象列表（文件和 inode 编号）指向有关这些对象的列表（权限、类型、所有者、大小等）。所以每个目录都包含它自己的 inode 号，然后是文件名和它们的 inode 号。最著名的是inode #2，它是/directory。（请注意，尽管/dev和/run是虚拟文件系统，因此由于它们是其文件系统的根文件夹，因此它们也具有 inode 2; 即一个 inode 在它自己的文件系统上是唯一的，但是附加了多个文件系统，你有非唯一的 inode ）。从链接问题借用的图表可能更简洁地解释了它：

存储在 inode 中的所有信息都可以通过stat()系统调用访问，如 Linux man 7 inode：

每个文件都有一个包含有关该文件的元数据的 inode。应用程序可以使用返回 stat 结构的 stat(2)（或相关调用）或返回 statx 结构的 statx(2) 检索此元数据。

是否可以仅知道其 inode 编号（ref1、ref2）来访问文件？在某些 Unix 实现上这是可能的，但它绕过了权限和访问检查，因此在 Linux 上它没有实现，您必须遍历文件系统树（find <DIR> -inum 1234例如通过）以获取文件名及其相应的 inode。

在源代码级别，它在Linux 内核源代码中定义，并且也被许多在 Unix/Linux 操作系统上工作的文件系统采用，包括 ext3 和 ext4 文件系统（Ubuntu 默认）。有趣的是：数据只是信息块，Linux 实际上有inode_init_always 函数，可以确定 inode 是否是管道 ( inode->i_pipe)。是的，套接字和管道在技术上也是文件 - 匿名文件，它们在磁盘上可能没有文件名。FIFO和Unix 域套接字在文件系统上确实有文件名。

数据本身可能是唯一的，但 inode 编号不是唯一的。如果我们有一个名为 foobar 的 foo 硬链接，它也将指向 inode 123。该 inode 本身包含有关该 inode 占用哪些实际磁盘空间块的信息。从技术上讲，这就是您可以.链接到目录文件名的方式。嗯，几乎：你不能自己在 Linux 上创建到目录的硬链接，但是文件系统可以以非常严格的方式允许到目录的硬链接，这限制了只有硬链接.和..作为硬链接。

目录树

文件系统将目录树实现为树数据结构之一。特别是，

• ext3 和 ext4 使用 HTree
• xfs 使用 B+ 树
• zfs 使用哈希树

这里的关键点是目录本身是树中的节点，子目录是子节点，每个子目录都有一个返回父节点的链接。因此，对于目录链接，裸目录的 inode 计数最少为 2（链接到目录名称/home/example/和链接到 self /home/example/.），并且每个额外的子目录都是一个额外的链接/节点：

# new directory has link count of 2
$ stat --format=%h .
2
# Adding subdirectories increases link count
$ mkdir subdir1
$ stat --format=%h .
3
$ mkdir subdir2
$ stat --format=%h .
4
# Count of links for root
$ stat --format=%h /
25
# Count of subdirectories, minus .
$ find / -maxdepth 1 -type d | wc -l
24

在Ian D. Allen 的课程页面上找到的图表显示了一个简化的非常清晰的图表：

WRONG - names on things      RIGHT - names above things
=======================      ==========================

    R O O T            --->         [etc,bin,home]   <-- ROOT directory
   /   |   \                         /    |      \
etc   bin   home       --->  [passwd]  [ls,rm]  [abcd0001]
 |   /   \    \                 |      /    \       |
 |  ls   rm  abcd0001  --->     |  <data>  <data>  [.bashrc]
 |               |              |                   |
passwd       .bashrc   --->  <data>                <data>

右图中唯一不正确的是文件在技术上不被认为是在目录树本身上：添加文件对链接数没有影响：

$ mkdir subdir2
$ stat --format=%h .
4
# Adding files doesn't make difference
$ cp /etc/passwd passwd.copy
$ stat --format=%h .
4

像访问文件一样访问目录

引用Linus Torvalds 的话：

“一切都是文件”的全部意义不是你有一些随机的文件名（事实上，套接字和管道表明“文件”和“文件名”彼此无关），而是你可以使用 common操作不同事物的工具。

考虑到目录只是文件的一个特例，自然必须有 API 允许我们以类似于常规文件的方式打开/读取/写入/关闭它们。

这就是dirent.hC 库出现的地方，它定义了dirent结构，您可以在man 3 readdir 中找到它：

# new directory has link count of 2
$ stat --format=%h .
2
# Adding subdirectories increases link count
$ mkdir subdir1
$ stat --format=%h .
3
$ mkdir subdir2
$ stat --format=%h .
4
# Count of links for root
$ stat --format=%h /
25
# Count of subdirectories, minus .
$ find / -maxdepth 1 -type d | wc -l
24

因此，在您的 C 代码中，您必须定义struct dirent *entry_p，当我们打开一个目录opendir()并开始读取它时readdir()，我们会将每个项目存储到该entry_p结构中。当然，每个项目都将包含在dirent上面显示的模板中定义的字段。

可以在我关于如何在当前工作目录中列出文件及其 inode 编号的回答中找到有关其工作原理的实际示例。

请注意，fdopen 上的POSIX 手册指出“[点] 和点-点的目录条目是可选的”，而readdir 手册状态 struct dirent仅需要具有d_name和d_ino字段。

关于“写入”目录的注意事项：写入目录是修改其“列表”条目。因此，创建或删除文件与目录写入权限直接相关，添加/删除文件是对该目录的写入操作。