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在 Linux 中管理文件和目录

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💡 本教程由 AI 辅助翻译自英文原版。如需查看原文，您可以 切换至英文原版

介绍

在本实验中，你将学习在 Linux 命令行环境中管理文件和目录的基本技能。你将通过 mkdir 和 rm 命令亲手实践创建和删除复杂的目录结构，以及使用 cp 和 mv 命令复制和移动文件和目录。

此外，本实验还将详细探讨文件链接。你将使用 ln 命令创建符号链接（软链接）和硬链接，分析 inode 的底层概念，并观察当源文件被修改时，每种链接类型的不同行为。这将帮助你更深入地理解 Linux 文件系统如何组织和引用数据。

使用 mkdir, rmdir 和 rm 创建和删除目录结构

在本步骤中，你将学习如何创建和删除目录。将文件组织到分层的目录结构中是 Linux 中的一项基本任务。我们将使用 mkdir 命令创建目录，rmdir 删除空目录，以及 rm 删除目录及其所有内容。所有命令都将从你的默认目录 ~/project 执行。

首先，让我们创建一个简单的目录。mkdir 命令代表“make directory”（创建目录）。

在你的终端中，执行以下命令创建一个名为 cars 的目录：

mkdir cars

要验证目录是否已创建，你可以使用 ls -ld 命令。-l 选项提供长列表格式，而 -d 选项列出目录条目本身，而不是其内容。

ls -ld cars

你应该会看到类似以下的输出，确认 cars 目录已创建。权限字符串开头的 d 表示它是一个目录。

drwxr-xr-x 2 labex labex 4096 May 20 10:30 cars

现在，让我们删除这个目录。rmdir 命令用于删除 空 目录。

rmdir cars

再次运行 ls -ld 命令来验证其删除。

ls -ld cars

这次，你将收到一个错误消息，因为该目录已不存在。这证实了 rmdir 操作成功。

ls: cannot access 'cars': No such file or directory

rmdir 命令只能处理空目录。如果有一个嵌套目录结构怎么办？让我们尝试创建一个目录结构 pastry/pies/cakes。要按需创建父目录，我们必须在 mkdir 中使用 -p（parents，父目录）选项。

执行以下命令：

mkdir -p pastry/pies/cakes

要查看你刚刚创建的整个目录结构，请使用带有 -l（长格式）和 -R（recursive，递归）选项的 ls 命令。

ls -lR pastry

输出将显示 pastry 目录及其子目录 pies 和 cakes。

pastry:
total 4
drwxr-xr-x 3 labex labex 4096 May 20 10:35 pies

pastry/pies:
total 4
drwxr-xr-x 2 labex labex 4096 May 20 10:35 cakes

pastry/pies/cakes:
total 0

现在，让我们尝试使用 rmdir 删除 pastry 目录。

rmdir pastry

为什么这个命令失败了？终端会显示一个错误消息：

rmdir: failed to remove 'pastry': Directory not empty

这是因为 rmdir 只能删除空目录，而 pastry 包含 pies 子目录。

要删除目录及其所有内容（包括子目录和文件），你必须使用带有 -r（recursive，递归）选项的 rm 命令。请非常小心使用此命令，因为它会永久删除数据。

rm -r pastry

如果成功，此命令将不会产生任何输出。你可以通过再次运行 ls -ld pastry 来验证 pastry 目录是否已被完全删除，这应该会产生一个“No such file or directory”错误。

ls -ld pastry

使用 vi 和 ln -s 创建文件和符号链接

在本步骤中，你将使用 vi 文本编辑器创建一个文件，然后为其创建一个符号链接。符号链接，也称为 symlink 或 soft link，是一种特殊类型的文件，它指向另一个文件或目录。它类似于其他操作系统中的快捷方式。

首先，让我们使用 vi 创建一个名为 filea 的简单文本文件。vi 是一个功能强大、面向屏幕的文本编辑器。它主要有两种模式：命令模式（Command mode）和插入模式（Insert mode）。你开始时处于命令模式，此时按键被解释为命令。要输入文本，你必须进入插入模式。

  1. 在你的终端中，它应该位于 ~/project 路径下，启动 vi 来创建文件 filea：
vi filea
  1. 你的终端现在将显示 vi 编辑器的界面。要开始输入，你需要切换到插入模式。按一次 i 键。你可能会在屏幕底部看到 -- INSERT --。
  2. 现在，输入以下文本：
This is filea.
  1. 要保存文件并退出 vi，你必须先按 Esc 键返回到命令模式。然后，输入 ZZ（按住 Shift 键并按两次 Z）。此命令将保存文件并退出编辑器。

现在你已回到命令提示符，让我们验证文件是否已创建并包含正确的内容。

首先，列出文件：

ls filea

输出应该只是文件名：

filea

接下来，使用 cat 命令显示其内容：

cat filea

输出应该与你输入的文本匹配：

This is filea.

现在，让我们创建一个符号链接。我们将创建一个名为 fileb 的链接，它指向我们的原始文件 filea。命令格式为 ln -s <源文件> <目标链接>。

ln -s filea fileb

要测试结果，请使用 ls -il 命令。-i 选项显示 inode 号，这是文件系统上文件或目录的唯一标识符。

ls -il file[ab]

仔细检查输出。

131075 -rw-r--r-- 1 labex labex 14 May 20 10:40 filea
131076 lrwxrwxrwx 1 labex labex  5 May 20 10:41 fileb -> filea

请注意以下几点：

  • 文件类型： filea 的权限字符串以 - 开头，表示一个常规文件。fileb 的字符串以 l 开头，表示一个符号链接。
  • 链接指向： 输出清楚地显示了 fileb -> filea。
  • Inode 号： 查看第一列。filea 和 fileb 的 inode 号是不同的。为什么？因为符号链接是一个单独的文件，它只存储目标文件的路径。它本身不是文件，因此它有自己的唯一 inode。

最后，让我们看看是否可以通过链接读取内容。

cat fileb

输出是 filea 的内容：

This is filea.

这是预期的行为。当你对符号链接执行像 cat 这样的操作时，系统会自动跟随链接到源文件，并对其执行操作。

使用 ln 和 Inodes 创建和分析硬链接

在本步骤中，你将创建一个硬链接，并了解它与你之前创建的符号链接有何不同。与指向文件名的指针的符号链接不同，硬链接是文件本身的另一个名称。这两个名称都直接指向磁盘上的相同数据，该数据由一个称为 inode 的唯一数字标识。

我们将继续在 ~/project 目录中使用上一步中的文件 filea 和 fileb。

首先，让我们创建一个名为 filec 的硬链接，它指向与 filea 相同的 inode。为此，我们使用 ln 命令，但 不 加 -s 选项。

ln filea filec

现在，让我们查看所有三个文件的内容：原始文件 filea、符号链接 fileb 和新的硬链接 filec。

cat filea
cat fileb
cat filec

你将看到相同的内容打印了三次，这是预期的。

This is filea.
This is filea.
This is filea.

当我们检查文件属性时，真正的区别就显现出来了。再次使用 ls -il 命令查看所有三个文件的 inode 号和其他详细信息。

ls -il file[a-c]

输出将类似如下。请密切关注第一列和第二列。

131075 -rw-r--r-- 2 labex labex 14 May 20 10:40 filea
131076 lrwxrwxrwx 1 labex labex  5 May 20 10:41 fileb -> filea
131075 -rw-r--r-- 2 labex labex 14 May 20 10:40 filec

让我们分析一下这个输出：

  • Inode 号（第一列）： 注意 filea 和 filec 具有 完全相同的 inode 号（例如 131075）。这是硬链接的定义特征。它们不是独立的文件；它们是两个指向磁盘上相同文件数据的不同名称。符号链接 fileb 有其自己的唯一 inode。
  • 链接计数（第二列）： 查看 filea 和 filec 的数字。现在是 2。这个数字是 硬链接计数，它跟踪有多少个名称（硬链接）指向这个唯一的 inode。当你创建 filec 时，此 inode 的链接计数从 1 增加到 2。
  • 文件类型（权限的第一列）： 请注意，filec 被列为常规文件（其权限以 - 开头），就像 filea 一样。它不像 fileb（以 l 开头）那样是特殊链接类型。

修改源文件后观察链接行为

在本步骤中，你将观察在删除并重新创建原始源文件后，符号链接和硬链接之间行为的关键差异。这将巩固你对每种链接工作方式的理解。我们将继续在 ~/project 目录中使用 filea、fileb 和 filec。

首先，让我们删除原始文件 filea。

rm filea

现在，让我们检查这三个文件的状态。使用 ls -l 命令。你可能会看到 filea 的错误，因为它不再存在，这是预期的。

ls -l file[a-c]

输出将非常具有启发性：

ls: cannot access 'filea': No such file or directory
lrwxrwxrwx 1 labex labex 5 May 20 10:41 fileb -> filea
-rw-r--r-- 1 labex labex 14 May 20 10:40 filec
  • 符号链接 fileb： 该链接现在是“断开的”。它仍然指向名称 filea，但该名称不再对应于存在的文件。在许多终端中，文件名 fileb 将显示为红色，以指示此断开状态。如果你尝试 cat fileb，你将收到一个错误。
  • 硬链接 filec： 文件 filec 完全不受影响。它的链接计数（第二列）只是从 2 减少到 1，但文件及其数据仍然完好无损。这是因为删除 filea 只移除了指向该 inode 的一个名称；在链接计数降至零之前，数据不会被删除。你可以通过查看其内容来证明这一点：
cat filec

输出仍然是原始内容：

This is filea.

现在，让我们重新创建 filea，但使用不同的内容。使用 vi 创建一个名为 filea 的新文件。

  1. 启动 vi：vi filea
  2. 按 i 进入插入模式。
  3. 输入新内容：This is the new filea.
  4. 按 Esc 返回命令模式，然后输入 ZZ 保存并退出。

在新 filea 就位后，让我们再次使用 ls -il 检查所有三个文件。

ls -il file[a-c]

输出将显示一种新情况：

131080 -rw-r--r-- 1 labex labex 20 May 20 11:05 filea
131076 lrwxrwxrwx 1 labex labex  5 May 20 10:41 fileb -> filea
131075 -rw-r--r-- 1 labex labex 14 May 20 10:40 filec
  • 新的 filea： 存在一个新的文件 filea，但请注意其 inode 号（例如 131080）与 filec 的 inode 号（例如 131075）不同。这是一个全新的文件，碰巧与旧文件同名。
  • 符号链接 fileb： 该链接不再是断开的！它会自动指向名为 filea 的新文件。
  • 硬链接 filec： filec 保持不变。它仍然指向原始 inode 并包含原始数据。

最后，让我们检查所有三个文件的内容以查看结果。

cat filea
cat fileb
cat filec

输出清楚地展示了差异：

This is the new filea.
This is the new filea.
This is filea.

符号链接 fileb 跟踪名称指向了新文件，而硬链接 filec 则保持了与原始数据的连接。

使用 cp 和 mv 复制和移动文件

在最后这个步骤中，你将学习使用 cp（复制）和 mv（移动）命令，它们是文件管理的基础。cp 命令会创建一个文件的副本，而 mv 命令则会重命名文件/目录或将其移动到另一个位置。

让我们开始清理前几个步骤中的文件，以便有一个干净的工作空间。所有命令都将在你的 ~/project 目录中运行。

rm filea fileb filec

使用 cp 复制文件

cp 命令会创建一个新的、独立的文件副本。新文件将拥有自己的 inode。

  1. 首先，使用 touch 命令创建一个简单的文件来操作。如果文件不存在，touch 会创建一个空文件。
touch source_file
  1. 现在，让我们查看它的属性，注意 inode 号（第一列）。
ls -i source_file

输出将显示此文件的唯一 inode 号。

131081 source_file
  1. 接下来，将 source_file 复制到一个名为 copied_file 的新文件中。
cp source_file copied_file
  1. 现在，列出这两个文件的属性。
ls -i source_file copied_file

你将看到它们是两个不同的文件，具有不同的 inode 号。

131082 copied_file
131081 source_file

使用 mv 移动和重命名文件

mv 命令功能多样。如果目标是同一目录中的一个新文件名，它会重命名文件。如果目标是一个目录，它会将文件移动到该目录中。当在同一文件系统内重命名或移动文件时，inode 号不会改变；该命令只是更新文件的名称或位置指针。

  1. 让我们将 source_file 重命名为 renamed_file。
mv source_file renamed_file
  1. 检查新命名文件的 inode。
ls -i renamed_file

你会注意到 inode 号（例如 131081）与原始的 source_file 相同。文件本身没有改变，只有它的名称改变了。

131081 renamed_file
  1. 现在，让我们移动这个文件。首先，创建一个目标目录。
mkdir move_destination
  1. 将 renamed_file 移动到 move_destination 目录中。
mv renamed_file move_destination/
  1. 验证文件现在是否在目录内，并再次检查其 inode。
ls -i move_destination/renamed_file

inode 号保持不变，这证实了文件被移动了，而不是被复制。

131081 move_destination/renamed_file

处理覆盖

默认情况下，许多系统会将 cp 别名为 cp -i，以防止你意外覆盖现有文件。-i 代表“交互式”（interactive）。

  1. 让我们尝试将 copied_file 复制到我们 move_destination 目录中的文件上。
cp -i copied_file move_destination/renamed_file
  1. 由于 -i 别名，系统会提示你进行确认。
cp: overwrite 'move_destination/renamed_file'?

输入 y 并按 Enter 键确认覆盖。如果你想取消，可以输入 n。

总结

在本实验中，你学习了在 Linux 环境中管理文件和目录的基本命令。你练习了使用 mkdir 创建目录结构，包括用于父目录的 -p 选项，以及使用 rmdir 删除空目录和使用 rm 删除非空目录。你还使用 vi 编辑器创建了文件，并了解了文件链接的概念。

本次实验的核心是创建和分析两种类型的链接：使用 ln -s 创建的符号（软）链接和使用 ln 创建的硬链接。你通过检查 inode 并注意源文件被修改或删除时每种链接的行为，观察了它们之间的关键差异。最后，你使用 cp 命令创建文件的独立副本，并使用 mv 命令移动或重命名文件和目录，完成了对基本文件管理操作的全面概述。