Linux 文件系统结构

本节目标

理解 Linux/Unix 文件系统从根目录 / 组织路径的方式，区分系统目录与用户目录，并把所有写操作限制在显式指定的 dev-lab。

开始前状态

从已通过 check-shell.sh 的 shell checkpoint 开始。本节只新增 notes/linux-notes.md，不修改 checkpoint 内已有文件。先在 shell checkpoint 根目录保存绝对路径；不要把 DEVLAB_DIR 设为 /、用户主目录或符号链接目录。

运行位置： shell checkpoint 根目录。预期输出： 显示当前练习目录的绝对路径。失败处理： 如果输出不是你准备好的 dev-lab，停止并进入正确目录，不要继续执行状态迁移。

export DEVLAB_DIR="$PWD"
printf '%s\n' "$DEVLAB_DIR"

必要原理

Linux 和 WSL 从根目录 / 开始组织文件。/home 通常保存普通用户目录，/tmp 保存临时文件；/etc 放系统配置，/usr 放大量系统提供的程序与资源。普通练习只观察这些系统目录，不向其中写入。

macOS 同样使用 Unix 风格路径，但用户目录位于 /Users，常见临时目录会映射到 /private/tmp。因此课程统一使用 Linux/Unix 概念，并在实际出现差异时明确说明。

以 / 开头的是绝对路径，例如 $DEVLAB_DIR/notes；从当前目录解释的是相对路径，例如 notes/shell-notes.md。两者都必须先确认目标，再执行写操作。

动手完成

先只读观察几个常见目录和练习目录。命令不会创建或修改文件。

运行位置： 已设置 DEVLAB_DIR 的任意目录。预期输出： ls -ld 显示存在的系统目录与 dev-lab；macOS 上可能没有 /home。失败处理： 某个平台目录不存在时记录差异即可，不要创建系统目录或提升权限补齐。

ls -ld / /home /tmp /etc /usr 2>/dev/null || true
ls -ld /Users /private/tmp 2>/dev/null || true
ls -ld "$DEVLAB_DIR"

下面的唯一变更块会固定 DEVLAB_DIR，完整调用权威 shell checker，拒绝意外路径、类型、权限或字节变化，再原子新增确定性笔记。它不读取当前用户名、平台名或实际工作路径作为笔记内容。

运行位置： 仓库中能够访问 code/devenv/dev-lab/checks/check-shell.sh 的目录，且 DEVLAB_DIR 指向待转换的 shell checkpoint。预期输出： checker 输出 shell checkpoint: ok，随后新增 notes/linux-notes.md。失败处理： 任一检查失败都会保持 lab 不变并清理草稿；检查提示中的路径，不要删除或覆盖意外内容。

advance_linux_filesystem() (
  set -euo pipefail

  devlab_input="${DEVLAB_DIR:-}"
  [[ -n "$devlab_input" ]] || { printf 'DEVLAB_DIR 必须是明确的练习目录。\n'; exit 1; }
  [[ -d "$devlab_input" ]] || { printf 'DEVLAB_DIR 必须是真实目录。\n'; exit 1; }
  devlab_logical="$(cd -- "$devlab_input" && pwd -L)" || exit 1
  devlab_dir="$(cd -- "$devlab_input" && pwd -P)" || exit 1
  [[ "$devlab_logical" == "$devlab_dir" && ! -L "$devlab_input" ]] || {
    printf 'DEVLAB_DIR 不得经过符号链接。\n'
    exit 1
  }
  [[ "$devlab_dir" != / ]] || { printf 'DEVLAB_DIR 必须是明确的练习目录。\n'; exit 1; }
  if [[ -n "${HOME:-}" && -d "$HOME" ]]; then
    home_dir="$(cd -- "$HOME" && pwd -P)" || exit 1
    [[ "$devlab_dir" != "$home_dir" ]] || { printf 'DEVLAB_DIR 不得是用户主目录。\n'; exit 1; }
  fi

  checker="$PWD/code/devenv/dev-lab/checks/check-shell.sh"
  [[ -f "$checker" && ! -L "$checker" ]] || { printf '找不到明确的 shell checker。\n'; exit 1; }
  bash "$checker" "$devlab_dir"

  notes_dir="$devlab_dir/notes"
  final_notes="$notes_dir/linux-notes.md"
  draft_notes="$notes_dir/.linux-notes.md.next"
  [[ -d "$notes_dir" && ! -L "$notes_dir" ]] || { printf 'notes 必须是真实目录。\n'; exit 1; }
  file_identity() {
    local identity
    if identity="$(LC_ALL=C stat -L -c '%d:%i' "$1" 2>/dev/null)"; then :; else
      identity="$(LC_ALL=C stat -L -f '%d:%i' "$1")" || return 1
    fi
    printf '%s' "$identity"
  }
  fd_matches_identity() {
    local fd_identity
    fd_identity="$(file_identity "$1")" || return 1
    [[ "$fd_identity" == "$2" || "$(/usr/bin/uname -s 2>/dev/null || /bin/uname -s)" == Darwin \
      && "${fd_identity##*:}" == "${2##*:}" ]]
  }
  remove_if_owned() {
    local owned_path="$1"
    local owned_identity="$2"
    local owned_name="${owned_path##*/}"
    [[ -n "$owned_identity" ]] || return 0
    (
      cd -P -- "$notes_dir" || exit 1
      cleanup_owned_boundary="$owned_name"
      [[ "$(file_identity .)" == "$notes_dir_identity" \
        && "$(file_identity ..)" == "$devlab_identity" ]] || exit 1
      [[ ! -e "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" ]] && exit 0
      [[ -f "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" \
        && "$(file_identity "./$owned_name" 2>/dev/null)" == "$owned_identity" ]] || exit 1
      /bin/rm -f -- "./$owned_name"
    )
  }
  create_owned_file() {
    local owned_path="$1"
    local parent_identity="$2"
    local mode="$3"
    local identity_variable="$4"
    local parent_path="${owned_path%/*}"
    local owned_name="${owned_path##*/}"
    local caller_directory="$PWD" created_identity=''
    cd -P -- "$parent_path" || return 1
    [[ "$(file_identity .)" == "$parent_identity" \
      && "$(file_identity ..)" == "$devlab_identity" ]] || return 1
    set -o noclobber
    exec 6> "./$owned_name" || { set +o noclobber; return 1; }
    set +o noclobber
    created_identity="$(file_identity "./$owned_name")" || { exec 6>&-; return 1; }
    printf -v "$identity_variable" '%s' "$created_identity"
    owned_post_create_boundary="$owned_name"
    fd_matches_identity /dev/fd/6 "$created_identity" || { exec 6>&-; return 1; }
    /bin/cat >&6 || { exec 6>&-; return 1; }
    owned_post_write_boundary="$owned_name"
    /bin/chmod "$mode" /dev/fd/6 || { exec 6>&-; return 1; }
    owned_post_mode_boundary="$owned_name"
    fd_matches_identity /dev/fd/6 "$created_identity" || { exec 6>&-; return 1; }
    [[ -f "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" \
      && "$(file_identity "./$owned_name")" == "$created_identity" \
      && "$(file_identity .)" == "$parent_identity" \
      && "$(file_identity ..)" == "$devlab_identity" ]] || { exec 6>&-; return 1; }
    exec 6>&-
    cd -P -- "$caller_directory" || return 1
  }
  publish_owned_file() {
    local owned_path="$1"
    local owned_identity="$2"
    local final_path="$3"
    local parent_identity="$4"
    local parent_path="${owned_path%/*}"
    local owned_name="${owned_path##*/}"
    local final_name="${final_path##*/}"
    (
      cd -P -- "$parent_path" || exit 1
      publication_boundary="$owned_name->$final_name"
      [[ "$(file_identity .)" == "$parent_identity" \
        && "$(file_identity ..)" == "$devlab_identity" ]] || exit 1
      [[ -f "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" \
        && "$(file_identity "./$owned_name")" == "$owned_identity" ]] || exit 1
      [[ ! -e "./$final_name" && ! -L "./$final_name" ]] || exit 1
      publication_commit_boundary="$owned_name->$final_name"
      [[ -f "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" \
        && "$(file_identity "./$owned_name")" == "$owned_identity" \
        && ! -e "./$final_name" && ! -L "./$final_name" ]] || exit 1
      if [[ "$(/usr/bin/uname -s 2>/dev/null || /bin/uname -s)" == Darwin ]]; then
        /bin/mv -n -h -- "./$owned_name" "./$final_name" || exit 1
      else
        /bin/mv -n -T -- "./$owned_name" "./$final_name" || exit 1
      fi
      [[ ! -e "./$owned_name" && ! -L "./$owned_name" \
        && -f "./$final_name" && ! -L "./$final_name" \
        && "$(file_identity "./$final_name")" == "$owned_identity" \
        && "$(file_identity .)" == "$parent_identity" \
        && "$(file_identity ..)" == "$devlab_identity" ]]
    )
  }
  devlab_identity="$(file_identity "$devlab_dir")" || exit 1
  notes_dir_identity="$(file_identity "$notes_dir")" || exit 1
  [[ ! -e "$final_notes" && ! -L "$final_notes" ]] || { printf '目标已存在，停止并检查：notes/linux-notes.md\n'; exit 1; }
  [[ ! -e "$draft_notes" && ! -L "$draft_notes" ]] || { printf '草稿路径已存在，停止并检查。\n'; exit 1; }

  draft_notes_identity=''
  cleanup_linux_filesystem_draft() {
    local status="$?"
    trap - EXIT
    remove_if_owned "$draft_notes" "$draft_notes_identity" || exit 1
    exit "$status"
  }
  trap cleanup_linux_filesystem_draft EXIT

  create_owned_file "$draft_notes" "$notes_dir_identity" u=rw,go=r draft_notes_identity <<'EXPECTED'
# Linux 基础练习笔记

## 文件系统
- 系统目录只观察；所有练习写入明确的 dev-lab。
- Linux 与 WSL 的用户目录通常位于 /home，macOS 用户目录位于 /Users。
EXPECTED
  cmp -s <(printf '%s\n' \
    '# Linux 基础练习笔记' \
    '' \
    '## 文件系统' \
    '- 系统目录只观察；所有练习写入明确的 dev-lab。' \
    '- Linux 与 WSL 的用户目录通常位于 /home，macOS 用户目录位于 /Users。') \
    "$draft_notes" || exit 1
  [[ "$(file_identity "$notes_dir")" == "$notes_dir_identity" \
    && "$(file_identity "$draft_notes")" == "$draft_notes_identity" ]] || exit 1
  publish_owned_file "$draft_notes" "$draft_notes_identity" "$final_notes" "$notes_dir_identity"
  [[ "$(file_identity "$notes_dir")" == "$notes_dir_identity" \
    && "$(file_identity "$final_notes")" == "$draft_notes_identity" ]] || exit 1
)

advance_linux_filesystem
transition_status="$?"
unset -f advance_linux_filesystem
[[ "$transition_status" -eq 0 ]]

观察结果

系统根目录和用户目录属于不同边界：查看 /etc 或 /usr 是只读观察，课程练习则只写入 DEVLAB_DIR。新笔记只保存固定学习结论，不泄漏真实路径、用户名或平台输出。

常见问题

为什么 macOS 没有常用的 /home？ macOS 通常把用户目录放在 /Users；这是平台差异，不影响绝对路径与相对路径的基本规则。

为什么不能把主目录当作 dev-lab？ 主目录包含真实项目和配置，范围过大。显式独立目录能让每次写入与恢复都可检查。

完成检查

能解释 /、/home、/tmp、/etc 与 /usr 的基本边界；
知道 macOS 的 /Users 与 /private/tmp 差异；
能区分绝对路径与相对路径；
DEVLAB_DIR 指向真实、非符号链接的独立目录；
迁移后只新增规范的 notes/linux-notes.md。

下一步

下一节会在完整验证本节状态后，创建一个固定的小脚本，并只为新建的非符号链接草稿增加用户执行位。

本节目标​

开始前状态​

必要原理​

动手完成​

观察结果​

常见问题​

完成检查​

下一步​