Linux 文件系統(tǒng)層次結構是一個復雜且引人入勝的體系，其根源深植于類 Unix 操作系統(tǒng)的歷史之中。

在這一結構的核心，/usr 目錄是一個至關重要的組成部分，隨著時間的推移，它經歷了顯著的演變。

與此同時，/bin、/sbin、/lib 以及它們在 /usr 下的對應目錄（如 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib）在組織可執(zhí)行文件、系統(tǒng)二進制文件和庫文件方面扮演著關鍵角色。

近年來，Linux 發(fā)行版中的一些趨勢，例如 /usr 目錄的合并以及更為大膽的 /bin 和 /sbin 目錄合并提議，反映了簡化并現代化文件系統(tǒng)的持續(xù)努力。

本文將深入探討 /usr 的含義、bin、sbin 和 lib 的符號鏈接（軟連接）、/usr 合并計劃，以及更具雄心的 /bin 和 /sbin 統(tǒng)一方案，介紹這些概念及其對 Linux 生態(tài)系統(tǒng)的影響。

/usr 的含義與歷史背景

/usr 目錄，全稱 “Unix System Resources”（Unix 系統(tǒng)資源），是 Linux 文件系統(tǒng)中最核心的目錄之一。其歷史可以追溯到 1970 年代的早期 Unix 系統(tǒng)。當時，計算資源非常有限，系統(tǒng)通常配備小型磁盤驅動器，存儲空間不足以容納所有文件。因此，系統(tǒng)管理員將文件分隔到不同的磁盤分區(qū)中，/usr 最初被設計為存放用戶數據、文檔和非關鍵程序，以減輕根文件系統(tǒng)（/）的存儲壓力，而根文件系統(tǒng)通常存儲核心系統(tǒng)文件，例如 /bin 和 /lib。

在早期的 Unix 系統(tǒng)中，/bin 包含了系統(tǒng)啟動和基本操作所需的可執(zhí)行文件，例如 ls、cat 和 cp，這些工具被認為是系統(tǒng)運行的核心組件。

• /sbin 則存放系統(tǒng)管理相關的二進制文件，例如 fsck 和 init，這些命令通常僅由超級用戶（root）使用。
• /lib 目錄則包含這些二進制文件所需的共享庫和核心系統(tǒng)庫。與此同時，/usr/bin 和 /usr/sbin 分別用于存放用戶級和系統(tǒng)級的非必要可執(zhí)行文件，而 /usr/lib 則用于非核心庫文件。

這種分隔的邏輯基于以下理念：

• 根文件系統(tǒng)應保持精簡，包含僅在系統(tǒng)啟動或單用戶模式下必需的文件，而 /usr 則可以掛載在單獨的分區(qū)上，存放次要但仍重要的文件。
• 然而，隨著硬件性能的提升和存儲容量的增加，這種嚴格的分隔逐漸顯得不必要。
• 現代 Linux 系統(tǒng)不再需要將 /usr 掛載到單獨的分區(qū)上，因為磁盤空間已不再是主要瓶頸。
• 此外，系統(tǒng)啟動過程和包管理的復雜性增加，使得 /usr 的角色和內容發(fā)生了顯著變化。

/bin、/sbin 和 /lib 的符號鏈接

在現代 Linux 發(fā)行版中，/bin、/sbin 和 /lib 通常是 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符號鏈接（軟連接）。

這種設計是 /usr 合并（usr-merge）倡議的結果，旨在統(tǒng)一文件系統(tǒng)結構，減少冗余并簡化維護。

什么是符號鏈接？

符號鏈接（symbolic link）是 Linux 文件系統(tǒng)中的一種特殊文件類型，類似于 Windows 中的快捷方式。它指向另一個文件或目錄的路徑，允許用戶或程序通過符號鏈接訪問目標文件。

例如，如果 /bin 是一個指向 /usr/bin 的符號鏈接，那么訪問 /bin/ls 實際上會調用 /usr/bin/ls。

為什么使用符號鏈接？

符號鏈接的使用在 /usr 合并中起到了關鍵作用。傳統(tǒng)的 Linux 文件系統(tǒng)將核心二進制文件和庫分散在 /bin、/sbin、/lib 和 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib 中。

這種分隔雖然在早期 Unix 系統(tǒng)中因硬件限制而合理，但在現代系統(tǒng)中卻帶來了復雜性和不一致性。例如：

• 包管理復雜性：軟件包需要決定將文件安裝到 /bin 還是 /usr/bin，這可能導致不同發(fā)行版之間的不一致。
• 系統(tǒng)啟動問題：如果 /usr 掛載在單獨的分區(qū)上，而系統(tǒng)啟動時 /usr 尚未掛載，依賴 /usr/bin 或 /usr/lib 的程序可能無法運行。
• 維護負擔：維護兩個類似的目錄結構（/bin 和 /usr/bin）增加了系統(tǒng)管理員和開發(fā)者的工作量。

通過將 /bin、/sbin 和 /lib 設置為 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符號鏈接，Linux 發(fā)行版能夠將所有二進制文件和庫統(tǒng)一存儲在 /usr 下，同時保留對傳統(tǒng)路徑的兼容性。

這種設計確保了即使某些舊腳本或程序仍然引用 /bin/ls 或 /sbin/init，它們仍然能夠正常工作，因為這些路徑會自動重定向到 /usr 下的對應文件。

/usr 合并的興起

/usr 合并（usr-merge）是近年來 Linux 發(fā)行版中一項重要的文件系統(tǒng)現代化舉措，旨在將傳統(tǒng)上分散在 /bin、/sbin、/lib 和 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib 中的文件統(tǒng)一遷移到 /usr 目錄下，并通過符號鏈接保持向后兼容性。

這一倡議最早由 Fedora 項目在 2012 年左右提出，并逐漸被其他主流發(fā)行版（如 Debian、Ubuntu 和 Arch Linux）采納。

/usr 合并的動機

/usr 合并的推動源于以下幾個關鍵因素：

• 簡化文件系統(tǒng)：將所有二進制文件和庫集中到 /usr 下，消除了根文件系統(tǒng)和 /usr 之間的冗余分隔，簡化了文件系統(tǒng)結構。
• 改進系統(tǒng)啟動：現代 Linux 系統(tǒng)越來越多地使用初始 RAM 磁盤（initramfs）來加載啟動所需的文件。將所有必要文件集中到 /usr 下可以簡化 initramfs 的配置，減少啟動過程中對單獨 /usr 分區(qū)的依賴。
• 一致性與可移植性：不同的 Linux 發(fā)行版在文件放置上存在差異（例如，某些發(fā)行版將工具放在 /bin，而其他發(fā)行版可能選擇 /usr/bin）。/usr 合并通過統(tǒng)一文件位置提高了跨發(fā)行版的可移植性。
• 支持現代技術：容器化和虛擬化技術（如 Docker 和 Podman）要求文件系統(tǒng)更加模塊化和一致。/usr 合并使得構建精簡的容器鏡像更加容易，因為所有核心文件都集中在單一目錄下。

/usr 合并的實現

在 /usr 合并的實現中，/bin、/sbin 和 /lib（以及 /lib64 等變體）被設置為指向 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符號鏈接。具體的實現步驟通常包括：

1. 遷移文件：將 /bin、/sbin 和 /lib 中的文件移動到 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 中。
2. 創(chuàng)建符號鏈接：在根文件系統(tǒng)中創(chuàng)建符號鏈接，例如 ln -s /usr/bin /bin，確保對舊路徑的訪問被重定向到新位置。
3. 更新包管理：修改軟件包的安裝路徑，使其默認將文件安裝到 /usr 下的目錄，而不是根文件系統(tǒng)。
4. 測試兼容性：確?，F有腳本和程序能夠通過符號鏈接正常工作。

例如，在 Fedora 系統(tǒng)中，/usr 合并于 Fedora 17（2012 年）開始實施，并成為后續(xù)版本的標準配置。

Debian 和 Ubuntu 也在其較新的版本中逐步采納了這一設計。

/usr 合并的影響

/usr 合并對 Linux 生態(tài)系統(tǒng)產生了深遠的影響：

• 向后兼容性：通過符號鏈接，舊的腳本和程序無需修改即可繼續(xù)運行。
• 簡化包管理：開發(fā)者不再需要糾結于將文件安裝到 /bin 還是 /usr/bin，從而減少了錯誤和不一致性。
• 更靈活的系統(tǒng)設計：統(tǒng)一的 /usr 目錄支持更現代化的啟動流程，例如使用只讀根文件系統(tǒng)或容器化環(huán)境。
• 挑戰(zhàn)與爭議：盡管 /usr 合并得到了廣泛支持，但一些用戶和開發(fā)者擔心它可能破壞某些依賴傳統(tǒng)路徑的遺留系統(tǒng)。此外，符號鏈接可能在某些極端情況下（例如，/usr 未正確掛載）導致問題。

更激進的 /bin 和 /sbin 合并

在 /usr 合并的基礎上，Linux 社區(qū)提出了一個更為大膽的倡議：將 /bin 和 /sbin 合并為單一的目錄。

這一提議以 Fedora 的“Unify /bin and /sbin”計劃為代表，旨在進一步簡化文件系統(tǒng)結構，消除 /bin 和 /sbin 之間的歷史性分隔。

/bin 和 /sbin 的區(qū)別

在傳統(tǒng)的 Unix 和 Linux 系統(tǒng)中，/bin 和 /sbin 的區(qū)別主要基于使用者和功能：

• /bin：包含普通用戶和管理員都可能使用的通用命令，例如 ls、cp 和 mv。這些命令通常是系統(tǒng)運行和日常操作所必需的。
• /sbin：包含系統(tǒng)管理命令，通常僅由超級用戶（root）使用，例如 fsck、reboot 和 ifconfig。這些命令通常與系統(tǒng)配置、維護或啟動相關。

然而，這種區(qū)分在現代 Linux 系統(tǒng)中顯得越來越模糊。例如：

• 許多普通用戶也需要使用某些“系統(tǒng)”命令（例如 systemctl 或 ip），而這些命令傳統(tǒng)上可能被放置在 /sbin 中。
• 隨著 Linux 系統(tǒng)的普及，普通用戶和管理員之間的界限變得不那么明確，特別是在桌面環(huán)境中。
• 包管理器的設計使得區(qū)分 /bin 和 /sbin 變得不必要，因為軟件包可以根據需要設置適當的權限。

/bin 和 /sbin 合并的動機

Fedora 的“Unify /bin and /sbin”計劃（參考 Fedora 項目 wiki：https://fedoraproject.org/wiki/Changes/Unify_bin_and_sbin）提出了以下合并的理由：

1. 減少復雜性：將 /bin 和 /sbin 合并為單一目錄（通常是 /usr/bin）可以減少文件系統(tǒng)的復雜性，簡化包管理和文件查找。
2. 消除人為區(qū)分：/bin 和 /sbin 的區(qū)分在現代 Linux 中已經失去了實際意義。許多命令在不同發(fā)行版中被放置在不同的目錄中，導致不一致性。
3. 提高用戶體驗：普通用戶無需記住某個命令是位于 /bin 還是 /sbin，所有可執(zhí)行文件都可以在一個目錄中找到。
4. 支持現代化技術：合并后的單一目錄結構更適合容器化和模塊化系統(tǒng)設計，因為它減少了路徑依賴。

合并的實現

/bin 和 /sbin 合并的實現與 /usr 合并類似，通常包括以下步驟：

1. 遷移文件：將 /sbin 中的文件移動到 /usr/bin 中。
2. 創(chuàng)建符號鏈接：將 /sbin 設置為 /usr/bin 的符號鏈接，確保對舊路徑的訪問仍然有效。
3. 更新包管理：修改軟件包的配置，使所有二進制文件默認安裝到 /usr/bin。
4. 測試與驗證：確保系統(tǒng)啟動、腳本和應用程序能夠正常工作。

在 Fedora 的計劃中，/sbin 和 /usr/sbin 將完全被淘汰，所有二進制文件都統(tǒng)一存儲在 /usr/bin 中。

這種設計不僅簡化了文件系統(tǒng)，還與 /usr 合并的目標一致，即創(chuàng)建一個更統(tǒng)一、更現代化的文件系統(tǒng)結構。

合并的挑戰(zhàn)與爭議

盡管 /bin 和 /sbin 合并具有顯著的優(yōu)勢，但也面臨一些挑戰(zhàn)：

• 向后兼容性：許多舊腳本和工具可能硬編碼了 /sbin 或 /usr/sbin 的路徑。雖然符號鏈接可以緩解這個問題，但在某些極端情況下（例如，符號鏈接損壞或未正確配置）可能導致問題。
• 傳統(tǒng)觀念：一些系統(tǒng)管理員和開發(fā)者習慣于傳統(tǒng)的 /bin 和 /sbin 分隔，認為這種區(qū)分有助于組織和權限管理。
• 發(fā)行版差異：不同的 Linux 發(fā)行版對合并的接受程度不同。例如，Fedora 可能率先實施，而其他發(fā)行版（如 Debian）可能采取更保守的策略。

/lib 的角色與演變

與 /bin 和 /sbin 類似，/lib 和 /usr/lib 也經歷了類似的演變。

• /lib 傳統(tǒng)上存儲系統(tǒng)啟動和核心功能所需的共享庫，例如 libc.so，而 /usr/lib 存儲非核心庫，例如應用程序特定的庫。在 /usr 合并中，/lib 通常被設置為 /usr/lib 的符號鏈接，所有庫文件都集中存儲在 /usr/lib 下。
• /lib 的合并相對簡單，因為庫文件通常由程序動態(tài)加載，路徑配置可以通過動態(tài)鏈接器（例如 ld.so）進行管理。然而，在 64 位系統(tǒng)中，/lib64 和 /usr/lib64 的出現增加了復雜性。
• /usr 合并的實施通常也會將 /lib64 遷移到 /usr/lib 或 /usr/lib64，并通過符號鏈接保持兼容性。

Linux 世界的未來：更統(tǒng)一的目錄結構

/usr 合并以及 /bin 和 /sbin 合并反映了 Linux 文件系統(tǒng)向更簡單、更統(tǒng)一的方向發(fā)展的趨勢。

這種演變不僅是對硬件進步的回應，也是對現代計算需求的適應，例如容器化、虛擬化和模塊化系統(tǒng)設計。

未來的可能性

1. 完全統(tǒng)一的 /usr：隨著 /usr 合并的普及，未來的 Linux 系統(tǒng)可能完全放棄根文件系統(tǒng)中的 /bin、/sbin 和 /lib，所有文件都集中存儲在 /usr 下。
2. 更靈活的路徑配置：動態(tài)鏈接器和環(huán)境變量（如 PATH）的改進可能進一步減少對固定路徑的依賴。
3. 跨發(fā)行版標準化：通過 Filesystem Hierarchy Standard（FHS）等標準，Linux 發(fā)行版可能在文件系統(tǒng)結構上達成更多共識，減少碎片化。

對用戶和開發(fā)者的啟示

對于普通用戶，/usr 合并和 /bin、/sbin 合并可能不會顯著改變日常使用體驗，因為符號鏈接確保了向后兼容性。然而，系統(tǒng)管理員和開發(fā)者需要關注以下幾點：

• 更新腳本：檢查腳本中是否硬編碼了 /bin 或 /sbin 路徑，并考慮使用更現代的路徑（如 /usr/bin）。
• 了解發(fā)行版差異：不同發(fā)行版對合并的實現進度不同，開發(fā)者需要確保軟件包在各種環(huán)境中都能正常工作。
• 擁抱現代化：隨著容器化和虛擬化的普及，開發(fā)者應設計更模塊化和路徑無關的應用程序。

結論

Linux 文件系統(tǒng)中的 /usr 目錄及其相關的 /bin、/sbin 和 /lib 目錄承載了 Unix 和 Linux 的歷史遺產，同時也在不斷適應現代計算的需求。

/usr 合并通過將文件統(tǒng)一到 /usr 下并使用符號鏈接，簡化了文件系統(tǒng)結構，提高了系統(tǒng)啟動的靈活性和包管理的一致性。更激進的 /bin 和 /sbin 合并提議則進一步消除了傳統(tǒng)區(qū)分，迎合了現代 Linux 系統(tǒng)的需求。盡管這些變化帶來了挑戰(zhàn)，例如向后兼容性和社區(qū)接受度，但它們無疑為 Linux 生態(tài)系統(tǒng)的現代化鋪平了道路。

通過理解 /usr 的含義、符號鏈接的作用以及合并的動機和實現，我們可以更好地欣賞 Linux 文件系統(tǒng)的演變，并為未來的變化做好準備。

無論是系統(tǒng)管理員、開發(fā)者還是普通用戶，適應這些變化將有助于充分利用 Linux 的靈活性和強大功能。

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。