Linux 檔案類型介紹：所有的東西都是檔案

這裡介紹 Linux 「所有的東西都是檔案」的概念，以及各種檔案類型與使用範例。

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。

所有的東西都用檔案的形式管理，有一個好處就是使用方式非常統一，並且可以使用同一套工具與 API，處理各式各樣的輸入與輸出。

在 Linux 中我們可以使用 ls -l 指令來判斷檔案類型，其輸出中每一行的第一個字元就代表檔案的類型，主要有以下幾種：

ls -l 輸出第一個字元	說明
-	一般檔案。
d	目錄。
b	block 設備檔案。
c	character 設備檔案。
l	連結檔案。
p	pipe 管線檔案。
s	socket 檔案。

以下是每一種檔案類型的詳細介紹。

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/

關於一般檔案與目錄的指令非常多，以下是比較常用的幾種：

touch myfile    # 建立檔案
date > myfile   # 建立檔案
rm myfile       # 刪除檔案
mkdir myfolder  # 建立目錄
rmdir myfolder  # 刪除目錄

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

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/

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：

/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。

參考資料：Tecmint、Linux.com、Wikipedia、Linux Config、StackExchange