Linux中的/usr目录以及bin、sbin和lib的使用详解

linux 文件系统层次结构是一个复杂且引人入胜的体系，其根源深植于类 unix 操作系统的历史之中。

在这一结构的核心，/usr 目录是一个至关重要的组成部分，随着时间的推移，它经历了显著的演变。

与此同时，/bin、/sbin、/lib 以及它们在 /usr 下的对应目录（如 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib）在组织可执行文件、系统二进制文件和库文件方面扮演着关键角色。

近年来，linux 发行版中的一些趋势，例如 /usr 目录的合并以及更为大胆的 /bin 和 /sbin 目录合并提议，反映了简化并现代化文件系统的持续努力。

本文将深入探讨 /usr 的含义、bin、sbin 和 lib 的符号链接（软连接）、/usr 合并计划，以及更具雄心的 /bin 和 /sbin 统一方案，介绍这些概念及其对 linux 生态系统的影响。

/usr 的含义与历史背景

/usr 目录，全称 “unix system resources”（unix 系统资源），是 linux 文件系统中最核心的目录之一。其历史可以追溯到 1970 年代的早期 unix 系统。当时，计算资源非常有限，系统通常配备小型磁盘驱动器，存储空间不足以容纳所有文件。因此，系统管理员将文件分隔到不同的磁盘分区中，/usr 最初被设计为存放用户数据、文档和非关键程序，以减轻根文件系统（/）的存储压力，而根文件系统通常存储核心系统文件，例如 /bin 和 /lib。

在早期的 unix 系统中，/bin 包含了系统启动和基本操作所需的可执行文件，例如 ls、cat 和 cp，这些工具被认为是系统运行的核心组件。

• /sbin 则存放系统管理相关的二进制文件，例如 fsck 和 init，这些命令通常仅由超级用户（root）使用。
• /lib 目录则包含这些二进制文件所需的共享库和核心系统库。与此同时，/usr/bin 和 /usr/sbin 分别用于存放用户级和系统级的非必要可执行文件，而 /usr/lib 则用于非核心库文件。

这种分隔的逻辑基于以下理念：

• 根文件系统应保持精简，包含仅在系统启动或单用户模式下必需的文件，而 /usr 则可以挂载在单独的分区上，存放次要但仍重要的文件。
• 然而，随着硬件性能的提升和存储容量的增加，这种严格的分隔逐渐显得不必要。
• 现代 linux 系统不再需要将 /usr 挂载到单独的分区上，因为磁盘空间已不再是主要瓶颈。
• 此外，系统启动过程和包管理的复杂性增加，使得 /usr 的角色和内容发生了显著变化。

/bin、/sbin 和 /lib 的符号链接

在现代 linux 发行版中，/bin、/sbin 和 /lib 通常是 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符号链接（软连接）。

这种设计是 /usr 合并（usr-merge）倡议的结果，旨在统一文件系统结构，减少冗余并简化维护。

什么是符号链接？

符号链接（symbolic link）是 linux 文件系统中的一种特殊文件类型，类似于 windows 中的快捷方式。它指向另一个文件或目录的路径，允许用户或程序通过符号链接访问目标文件。

例如，如果 /bin 是一个指向 /usr/bin 的符号链接，那么访问 /bin/ls 实际上会调用 /usr/bin/ls。

为什么使用符号链接？

符号链接的使用在 /usr 合并中起到了关键作用。传统的 linux 文件系统将核心二进制文件和库分散在 /bin、/sbin、/lib 和 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib 中。

这种分隔虽然在早期 unix 系统中因硬件限制而合理，但在现代系统中却带来了复杂性和不一致性。例如：

• 包管理复杂性：软件包需要决定将文件安装到 /bin 还是 /usr/bin，这可能导致不同发行版之间的不一致。
• 系统启动问题：如果 /usr 挂载在单独的分区上，而系统启动时 /usr 尚未挂载，依赖 /usr/bin 或 /usr/lib 的程序可能无法运行。
• 维护负担：维护两个类似的目录结构（/bin 和 /usr/bin）增加了系统管理员和开发者的工作量。

通过将 /bin、/sbin 和 /lib 设置为 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符号链接，linux 发行版能够将所有二进制文件和库统一存储在 /usr 下，同时保留对传统路径的兼容性。

这种设计确保了即使某些旧脚本或程序仍然引用 /bin/ls 或 /sbin/init，它们仍然能够正常工作，因为这些路径会自动重定向到 /usr 下的对应文件。

/usr 合并的兴起

/usr 合并（usr-merge）是近年来 linux 发行版中一项重要的文件系统现代化举措，旨在将传统上分散在 /bin、/sbin、/lib 和 /usr/bin、/usr/sbin、/usr/lib 中的文件统一迁移到 /usr 目录下，并通过符号链接保持向后兼容性。

这一倡议最早由 fedora 项目在 2012 年左右提出，并逐渐被其他主流发行版（如 debian、ubuntu 和 arch linux）采纳。

/usr 合并的动机

/usr 合并的推动源于以下几个关键因素：

• 简化文件系统：将所有二进制文件和库集中到 /usr 下，消除了根文件系统和 /usr 之间的冗余分隔，简化了文件系统结构。
• 改进系统启动：现代 linux 系统越来越多地使用初始 ram 磁盘（initramfs）来加载启动所需的文件。将所有必要文件集中到 /usr 下可以简化 initramfs 的配置，减少启动过程中对单独 /usr 分区的依赖。
• 一致性与可移植性：不同的 linux 发行版在文件放置上存在差异（例如，某些发行版将工具放在 /bin，而其他发行版可能选择 /usr/bin）。/usr 合并通过统一文件位置提高了跨发行版的可移植性。
• 支持现代技术：容器化和虚拟化技术（如 docker 和 podman）要求文件系统更加模块化和一致。/usr 合并使得构建精简的容器镜像更加容易，因为所有核心文件都集中在单一目录下。

/usr 合并的实现

在 /usr 合并的实现中，/bin、/sbin 和 /lib（以及 /lib64 等变体）被设置为指向 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 的符号链接。具体的实现步骤通常包括：

1. 迁移文件：将 /bin、/sbin 和 /lib 中的文件移动到 /usr/bin、/usr/sbin 和 /usr/lib 中。
2. 创建符号链接：在根文件系统中创建符号链接，例如 ln -s /usr/bin /bin，确保对旧路径的访问被重定向到新位置。
3. 更新包管理：修改软件包的安装路径，使其默认将文件安装到 /usr 下的目录，而不是根文件系统。
4. 测试兼容性：确保现有脚本和程序能够通过符号链接正常工作。

例如，在 fedora 系统中，/usr 合并于 fedora 17（2012 年）开始实施，并成为后续版本的标准配置。

debian 和 ubuntu 也在其较新的版本中逐步采纳了这一设计。

/usr 合并的影响

/usr 合并对 linux 生态系统产生了深远的影响：

• 向后兼容性：通过符号链接，旧的脚本和程序无需修改即可继续运行。
• 简化包管理：开发者不再需要纠结于将文件安装到 /bin 还是 /usr/bin，从而减少了错误和不一致性。
• 更灵活的系统设计：统一的 /usr 目录支持更现代化的启动流程，例如使用只读根文件系统或容器化环境。
• 挑战与争议：尽管 /usr 合并得到了广泛支持，但一些用户和开发者担心它可能破坏某些依赖传统路径的遗留系统。此外，符号链接可能在某些极端情况下（例如，/usr 未正确挂载）导致问题。

更激进的 /bin 和 /sbin 合并

在 /usr 合并的基础上，linux 社区提出了一个更为大胆的倡议：将 /bin 和 /sbin 合并为单一的目录。

这一提议以 fedora 的“unify /bin and /sbin”计划为代表，旨在进一步简化文件系统结构，消除 /bin 和 /sbin 之间的历史性分隔。

/bin 和 /sbin 的区别

在传统的 unix 和 linux 系统中，/bin 和 /sbin 的区别主要基于使用者和功能：

• /bin：包含普通用户和管理员都可能使用的通用命令，例如 ls、cp 和 mv。这些命令通常是系统运行和日常操作所必需的。
• /sbin：包含系统管理命令，通常仅由超级用户（root）使用，例如 fsck、reboot 和 ifconfig。这些命令通常与系统配置、维护或启动相关。

然而，这种区分在现代 linux 系统中显得越来越模糊。例如：

• 许多普通用户也需要使用某些“系统”命令（例如 systemctl 或 ip），而这些命令传统上可能被放置在 /sbin 中。
• 随着 linux 系统的普及，普通用户和管理员之间的界限变得不那么明确，特别是在桌面环境中。
• 包管理器的设计使得区分 /bin 和 /sbin 变得不必要，因为软件包可以根据需要设置适当的权限。

/bin 和 /sbin 合并的动机

fedora 的“unify /bin and /sbin”计划（参考 fedora 项目 wiki：https://fedoraproject.org/wiki/changes/unify_bin_and_sbin）提出了以下合并的理由：

1. 减少复杂性：将 /bin 和 /sbin 合并为单一目录（通常是 /usr/bin）可以减少文件系统的复杂性，简化包管理和文件查找。
2. 消除人为区分：/bin 和 /sbin 的区分在现代 linux 中已经失去了实际意义。许多命令在不同发行版中被放置在不同的目录中，导致不一致性。
3. 提高用户体验：普通用户无需记住某个命令是位于 /bin 还是 /sbin，所有可执行文件都可以在一个目录中找到。
4. 支持现代化技术：合并后的单一目录结构更适合容器化和模块化系统设计，因为它减少了路径依赖。

合并的实现

/bin 和 /sbin 合并的实现与 /usr 合并类似，通常包括以下步骤：

1. 迁移文件：将 /sbin 中的文件移动到 /usr/bin 中。
2. 创建符号链接：将 /sbin 设置为 /usr/bin 的符号链接，确保对旧路径的访问仍然有效。
3. 更新包管理：修改软件包的配置，使所有二进制文件默认安装到 /usr/bin。
4. 测试与验证：确保系统启动、脚本和应用程序能够正常工作。

在 fedora 的计划中，/sbin 和 /usr/sbin 将完全被淘汰，所有二进制文件都统一存储在 /usr/bin 中。

这种设计不仅简化了文件系统，还与 /usr 合并的目标一致，即创建一个更统一、更现代化的文件系统结构。

合并的挑战与争议

尽管 /bin 和 /sbin 合并具有显著的优势，但也面临一些挑战：

• 向后兼容性：许多旧脚本和工具可能硬编码了 /sbin 或 /usr/sbin 的路径。虽然符号链接可以缓解这个问题，但在某些极端情况下（例如，符号链接损坏或未正确配置）可能导致问题。
• 传统观念：一些系统管理员和开发者习惯于传统的 /bin 和 /sbin 分隔，认为这种区分有助于组织和权限管理。
• 发行版差异：不同的 linux 发行版对合并的接受程度不同。例如，fedora 可能率先实施，而其他发行版（如 debian）可能采取更保守的策略。

/lib 的角色与演变

与 /bin 和 /sbin 类似，/lib 和 /usr/lib 也经历了类似的演变。

• /lib 传统上存储系统启动和核心功能所需的共享库，例如 libc.so，而 /usr/lib 存储非核心库，例如应用程序特定的库。在 /usr 合并中，/lib 通常被设置为 /usr/lib 的符号链接，所有库文件都集中存储在 /usr/lib 下。
• /lib 的合并相对简单，因为库文件通常由程序动态加载，路径配置可以通过动态链接器（例如 ld.so）进行管理。然而，在 64 位系统中，/lib64 和 /usr/lib64 的出现增加了复杂性。
• /usr 合并的实施通常也会将 /lib64 迁移到 /usr/lib 或 /usr/lib64，并通过符号链接保持兼容性。

linux 世界的未来：更统一的目录结构

/usr 合并以及 /bin 和 /sbin 合并反映了 linux 文件系统向更简单、更统一的方向发展的趋势。

这种演变不仅是对硬件进步的回应，也是对现代计算需求的适应，例如容器化、虚拟化和模块化系统设计。

未来的可能性

1. 完全统一的 /usr：随着 /usr 合并的普及，未来的 linux 系统可能完全放弃根文件系统中的 /bin、/sbin 和 /lib，所有文件都集中存储在 /usr 下。
2. 更灵活的路径配置：动态链接器和环境变量（如 path）的改进可能进一步减少对固定路径的依赖。
3. 跨发行版标准化：通过 filesystem hierarchy standard（fhs）等标准，linux 发行版可能在文件系统结构上达成更多共识，减少碎片化。

对用户和开发者的启示

对于普通用户，/usr 合并和 /bin、/sbin 合并可能不会显著改变日常使用体验，因为符号链接确保了向后兼容性。然而，系统管理员和开发者需要关注以下几点：

• 更新脚本：检查脚本中是否硬编码了 /bin 或 /sbin 路径，并考虑使用更现代的路径（如 /usr/bin）。
• 了解发行版差异：不同发行版对合并的实现进度不同，开发者需要确保软件包在各种环境中都能正常工作。
• 拥抱现代化：随着容器化和虚拟化的普及，开发者应设计更模块化和路径无关的应用程序。

结论

linux 文件系统中的 /usr 目录及其相关的 /bin、/sbin 和 /lib 目录承载了 unix 和 linux 的历史遗产，同时也在不断适应现代计算的需求。

/usr 合并通过将文件统一到 /usr 下并使用符号链接，简化了文件系统结构，提高了系统启动的灵活性和包管理的一致性。更激进的 /bin 和 /sbin 合并提议则进一步消除了传统区分，迎合了现代 linux 系统的需求。尽管这些变化带来了挑战，例如向后兼容性和社区接受度，但它们无疑为 linux 生态系统的现代化铺平了道路。

通过理解 /usr 的含义、符号链接的作用以及合并的动机和实现，我们可以更好地欣赏 linux 文件系统的演变，并为未来的变化做好准备。

无论是系统管理员、开发者还是普通用户，适应这些变化将有助于充分利用 linux 的灵活性和强大功能。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持代码网。