在 Linux 中管理文件与目录

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础技能。你将通过实践获得使用 mkdir 和 rm 创建及删除复杂目录结构的经验，并学习使用 cp 和 mv 复制及移动文件和目录。

此外，本实验还提供了对文件链接（Linking）的深入探索。你将使用 ln 命令创建符号链接（软链接）和硬链接，分析底层的索引节点（inode）概念，并观察当源文件被修改时，每种链接类型所表现出的不同行为。这将帮助你更深入地理解 Linux 文件系统是如何组织和引用数据的。

使用 mkdir、rmdir 和 rm 创建与删除目录结构

在这一步中，你将学习如何创建和删除目录。将文件组织到目录的分层结构中是 Linux 中的一项基本任务。我们将使用 mkdir 命令创建目录，使用 rmdir 删除空目录，以及使用 rm 删除目录及其所有内容。所有命令都将在你的默认目录 ~/project 中执行。

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）。

在终端中执行以下命令来创建一个名为 cars 的目录：

mkdir cars

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

ls -ld cars

你应该会看到类似下面的输出，确认 cars 目录已创建。权限字符串开头的 d 表示这是一个目录。

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 命令验证其是否已被删除。

ls -ld cars

这一次，你会收到一条错误消息，因为该目录已不存在。这证明 rmdir 执行成功。

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

rmdir 命令仅适用于空目录。如果我们有一个嵌套的目录结构该怎么办？让我们尝试创建一个目录结构 pastry/pies/cakes。为了根据需要创建父目录，我们必须在 mkdir 中使用 -p（parents）选项。

执行以下命令：

mkdir -p pastry/pies/cakes

要查看刚刚创建的整个目录结构，请使用带有 -l（长格式）和 -R（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？终端会显示一条错误消息：

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

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

要删除一个目录及其所有内容（包括子目录和文件），必须使用带有 -r（递归）选项的 rm 命令。请务必小心使用此命令，因为它会永久删除数据。

rm -r pastry

如果执行成功，该命令不会产生任何输出。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，这应该会导致「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

在这一步中，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（Symbolic link），也称为软链接（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 是一个功能强大的屏幕文本编辑器。它有两种主要模式：命令模式（Command mode）和插入模式（Insert mode）。启动时处于命令模式，此时按键被解释为命令。要输入文本，必须进入插入模式。

在终端中（路径应为 ~/project），启动 vi 以创建文件 filea：

vi filea

终端现在将显示 vi 编辑器界面。要开始输入，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 -- 字样。
现在，输入以下文本：

This is filea.

要保存文件并退出 vi，必须先按 Esc 键返回命令模式。然后，输入 ZZ（按住 Shift 并连按两次 Z）。此命令将保存文件并退出编辑器。

现在回到命令提示符，让我们验证文件是否已创建且内容正确。

首先，列出文件：

ls filea

输出应仅为文件名：

filea

接下来，使用 cat 命令显示其内容：

cat filea

输出应与你输入的文本一致：

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，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 选项显示索引节点（inode）编号，它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

请注意几个关键点：

文件类型：filea 的权限字符串以 - 开头，表示一个普通文件。fileb 的字符串以 l 开头，表示一个符号链接。
链接指针：输出清晰地显示了 fileb -> filea。
Inode 编号：查看第一列。filea 和 fileb 的 inode 编号是不同的。为什么？因为符号链接是一个独立的文件，它只是存储了目标文件的路径。它本身不是那个文件，因此拥有自己唯一的 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.

这是预期行为。当你对符号链接执行 cat 之类的操作时，系统会自动跟随链接找到源文件并对其执行操作。

使用 ln 和 Inode 创建并分析硬链接

在这一步中，你将创建一个硬链接（Hard link），并了解它与之前创建的符号链接有何不同。符号链接是指向文件名的指针，而硬链接则是文件本身的另一个名称。两个名称都直接指向磁盘上的同一块数据，这块数据由一个称为 inode 的唯一编号标识。

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，使其指向与 filea 相同的 inode。为此，我们使用不带 -s 选项的 ln 命令。

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 以及新的硬链接 filec。

cat filea
cat fileb
cat filec

你会看到相同的内容被打印了三次，这是预料之中的。

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 编号和其他详细信息。

ls -il file[a-c]

输出将类似于这样。请密切注意第一列和第二列。

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 编号（第 1 列）：注意 filea 和 filec 具有完全相同的 inode 编号（例如 131075）。这是硬链接的定义特征。它们不是独立的文件；它们是指向磁盘上相同文件数据的两个不同名称。而符号链接 fileb 拥有自己唯一的 inode。
链接计数（第 2 列）：查看 filea 和 filec 的数字。它现在是 2。这个数字是硬链接计数，它跟踪有多少个名称（硬链接）指向这个单一的 inode。当你创建 filec 时，该 inode 的链接计数从 1 增加到了 2。
文件类型（权限字符串的第 1 位）：注意 filec 被列为普通文件（其权限以 - 开头），就像 filea 一样。它不是像 fileb（以 l 开头）那样的特殊链接类型。

观察修改源文件后的链接行为

在这一步中，你将观察当原始源文件被删除并重新创建时，符号链接和硬链接在行为上的关键差异。这将巩固你对每种链接工作原理的理解。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。由于 filea 已不存在，你可能会看到关于它的错误，这是正常的。

ls -l file[a-c]

输出将非常有启发性：

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**：链接现在「断开了」。它仍然指向名称 filea，但该名称不再对应任何现有文件。在许多终端中，文件名 fileb 会显示为红色以指示这种断开状态。如果你尝试 cat fileb，将会报错。
**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 减少到了 1，但文件及其数据依然完好无损。这是因为删除 filea 只是删除了指向该 inode 的其中一个名称；直到链接计数降为零，数据才会被删除。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。

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

有了新的 filea 后，让我们再次使用 ls -il 检查这三个文件。

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：一个新的 filea 文件存在了，但请注意它的 inode 编号（例如 131080）与 filec 的 inode（例如 131075）是不同的。这是一个全新的文件，只是恰好与旧文件同名。
**符号链接 fileb**：链接不再断开！它自动指向了名为 filea 的新文件。
**硬链接 filec**：filec 保持不变。它仍然指向原始的 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

输出清晰地展示了区别：

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

符号链接 fileb 跟随名称找到了新文件，而硬链接 filec 则维持了与原始数据的连接。

使用 cp 和 mv 复制与移动文件

在最后一步中，你将学习使用 cp（复制）和 mv（移动）命令，它们是管理文件的核心工具。cp 命令创建文件或目录的副本，而 mv 命令则用于重命名文件/目录或将其移动到不同位置。

首先，让我们清理之前步骤中的文件，以获得一个干净的工作空间。所有命令都将在 ~/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、独立的副本。新文件将拥有自己的 inode。

首先，使用 touch 命令创建一个简单的文件。如果文件不存在，touch 会创建一个空文件。

touch source_file

现在，查看其属性，注意 inode 编号（第一列）。

ls -i source_file

输出将显示该文件的唯一 inode 编号。

131081 source_file

接下来，将 source_file 复制到一个名为 copied_file 的新文件。

cp source_file copied_file

现在，列出这两个文件的属性。

ls -i source_file copied_file

你会看到它们是两个独立的文件，具有不同的 inode 编号。

131082 copied_file
131081 source_file

使用 `mv` 移动和重命名文件

mv 命令非常多才。如果目标是同一目录下的新文件名，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。当在同一个文件系统内重命名或移动文件时，inode 编号不会改变；该命令只是更新了文件的名称或位置指针。

让我们将 source_file 重命名为 renamed_file。

mv source_file renamed_file

检查新命名文件的 inode。

ls -i renamed_file

你会注意到 inode 编号（例如 131081）与原始的 source_file 相同。文件本身没有改变，改变的只是它的名字。

131081 renamed_file

现在，让我们移动这个文件。首先，创建一个目标目录。

mkdir move_destination

将 renamed_file 移动到 move_destination 目录中。

mv renamed_file move_destination/

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 编号保持不变，确认文件是被移动了，而不是被复制。

131081 move_destination/renamed_file

处理覆盖操作

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

让我们尝试将 copied_file 复制并覆盖 move_destination 目录内的文件。

cp -i copied_file move_destination/renamed_file

由于 -i 别名的存在，系统会提示你确认。

cp: overwrite 'move_destination/renamed_file'?

输入 y 并按回车键确认覆盖。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（包括用于创建父目录的 -p 选项），并学习了使用 rmdir 删除空目录以及使用 rm 删除非空目录。你还使用 vi 编辑器创建了文件，并初步了解了文件链接的概念。

实验的核心在于创建和分析两种类型的链接：使用 ln -s 创建的符号链接（软链接）和使用 ln 创建的硬链接。通过检查 inode 并观察当源文件被修改或删除时每种链接的表现，你掌握了它们之间的关键区别。最后，你使用 cp 命令创建了文件的独立副本，并使用 mv 命令移动或重命名了文件和目录，完成了对基本文件管理操作的全面学习。

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