Der Verzeichnisbaum

Ein einziger Baum

Windows gibt jedem Laufwerk einen Buchstaben: C: für die Systemplatte, D: für die zweite, E: für den USB-Stick. Linux macht das anders. Es gibt genau einen Verzeichnisbaum, und seine Wurzel heisst / (gesprochen «Slash» oder «Root»). Jede Platte, jede Partition, jeder USB-Stick und jede Netzwerkfreigabe wird irgendwo in diesen Baum eingehängt (englisch mount). Ein USB-Stick erscheint also nicht als E:, sondern zum Beispiel als Verzeichnis /media/anna/STICK.

Das zweite Prinzip: Alles ist eine Datei. Auch Geräte, laufende Prozesse und Kernel-Einstellungen erscheinen im Baum als Dateien. Deine erste Festplatte ist /dev/sda, der Zufallsgenerator ist /dev/urandom, und /proc/cpuinfo beschreibt deine CPU. Du kannst sie mit denselben Werkzeugen lesen wie eine Textdatei.

Hands-on: Schau dir drei Dateien an, die keine Dateien im klassischen Sinn sind.

head -5 /proc/cpuinfo
cat /proc/uptime
ls -l /dev/sda /dev/null

Die Zahl in /proc/uptime sind Sekunden seit dem Start. /dev/sda beginnt in der ls-Ausgabe mit b für block device; dazu mehr auf der nächsten Seite.

Der Filesystem Hierarchy Standard

Damit sich alle Distributionen gleich anfühlen, legt der Filesystem Hierarchy Standard (FHS) fest, was wohin gehört. Die wichtigsten Verzeichnisse:

Verzeichnis	Inhalt
/bin, /sbin	Grundlegende Programme (ls, cp) und Systemprogramme für den Admin (fdisk, reboot). Heute Symlinks auf /usr/bin und /usr/sbin, siehe unten.
/boot	Kernel und Bootloader (GRUB).
/dev	Gerätedateien: Platten, Terminals, /dev/null.
/etc	Systemweite Konfigurationsdateien, fast alles im Textformat.
/home	Die Home-Verzeichnisse der Benutzer, etwa /home/anna.
/lib	Bibliotheken und Kernel-Module. Ebenfalls ein Symlink auf /usr/lib.
/usr	Der grösste Teil des Systems: Programme, Bibliotheken, Dokumentation. Nur lesend genutzt im Normalbetrieb.
/opt	Zusätzliche, meist grosse Fremdsoftware in eigenem Ordner pro Programm.
/var	Variable Daten: Logs (/var/log), Mail-Spool, Datenbanken, Webseiten (/var/www).
/tmp	Temporäre Dateien, werden beim Neustart gelöscht. Jeder darf hier schreiben.
/proc	Virtuell: Kernel und Prozesse als Dateien, existiert nur im Arbeitsspeicher.
/sys	Virtuell: Hardware und Treiber als Dateien.
/media	Automatisch eingehängte Wechselmedien (USB-Stick, DVD).
/mnt	Leerer Mountpoint für manuelles, vorübergehendes Einhängen.
/srv	Daten von Diensten, die der Server anbietet (Web, FTP), auf Ubuntu meist leer.
/root	Home-Verzeichnis des Superusers root. Nicht mit / verwechseln.

Warum /bin ein Symlink ist

Früher lagen in /bin und /lib nur die Programme, die zum Booten nötig waren, der Rest in /usr. Dieser Grund ist weggefallen, deshalb haben Ubuntu, Debian, Fedora und andere den usrmerge gemacht: /bin ist jetzt ein Symlink auf /usr/bin, /sbin auf /usr/sbin, /lib auf /usr/lib. Beide Pfade funktionieren, es ist dieselbe Datei. Prüfe es mit ls -ld /bin /sbin /lib.

flowchart TD
    root["/"] --> bin["bin → usr/bin"]
    root --> boot
    root --> dev
    root --> etc
    root --> home
    root --> usr
    root --> var
    root --> tmp
    root --> proc
    home --> anna["anna"]
    home --> ben["ben"]
    usr --> usrbin["bin"]
    usr --> usrlib["lib"]
    usr --> local
    var --> log
    var --> www
    etc --> fstab
    etc --> ssh

Hands-on: Lass dir die erste Ebene des Baums anzeigen. Du brauchst dafür find, das auf der letzten Seite dieses Moduls ausführlich kommt.

find / -maxdepth 1 -type d

Zerlegt: find ist der Befehl, / das Startverzeichnis, -maxdepth 1 steigt nur eine Ebene ab und -type d liefert nur Verzeichnisse (directories). Dasselbe als Baum, schöner lesbar:

sudo apt install tree
tree -d -L 1 /
tree -d -L 2 /usr

Und wie viele Verzeichnisse hat dein System insgesamt? Von Hand zählen ist mühsam, die Shell kann das:

sudo find / -type d | wc -l

Das | ist eine Pipe: Die Ausgabe von find wird nicht auf den Bildschirm geschrieben, sondern direkt an wc -l (word count, Option -l für Zeilen) weitergereicht. sudo brauchst du, weil dein Benutzer nicht in jedes Verzeichnis hineinschauen darf. Pipes sind das Thema von Modul 7, hier reicht das Bild vom Rohr zwischen zwei Befehlen.

Mounts: Wo hängt was

Welche Dateisysteme gerade im Baum hängen, zeigt findmnt. Der ältere Befehl mount liefert dieselbe Information als lange Liste.

findmnt --real
lsblk -f
df -h

• findmnt --real zeigt nur echte Dateisysteme, ohne die virtuellen wie /proc und /sys. Ohne die Option siehst du den ganzen Baum der Mounts.
• lsblk -f listet die Blockgeräte (Platten und Partitionen), deren Dateisystem, UUID und Mountpoint.
• df -h (disk free) zeigt belegten und freien Platz pro Dateisystem, mit -h in lesbaren Einheiten.

In einer frischen Ubuntu-VM sieht lsblk -f ungefähr so aus:

NAME   FSTYPE FSVER LABEL UUID                                 MOUNTPOINTS
sda
├─sda1 vfat   FAT32       8A1C-3F7B                            /boot/efi
└─sda2 ext4   1.0         3f1d2c4e-8b2a-4b1e-9d6f-1a2b3c4d5e6f /

Eine Platte sda mit zwei Partitionen: die kleine EFI-Partition für den Bootvorgang und die grosse Systempartition, die auf / eingehängt ist.

/etc/fstab

Beim Systemstart baut Linux den Baum anhand der Datei /etc/fstab (file system table) auf. Jede Zeile beschreibt ein Dateisystem, die sechs Spalten sind durch Leerzeichen oder Tabs getrennt:

/etc/fstab

# <file system>                            <mount point> <type> <options> <dump> <pass>
UUID=3f1d2c4e-8b2a-4b1e-9d6f-1a2b3c4d5e6f  /             ext4   defaults  0      1
UUID=8A1C-3F7B                             /boot/efi     vfat   umask=0077 0     1
/swap.img                                  none          swap   sw        0      0

Spalte	Bedeutung
file system	Das Gerät, meist über seine UUID statt /dev/sda2, weil Gerätenamen sich ändern können.
mount point	Wo im Baum es erscheint.
type	Dateisystemtyp: ext4, vfat, swap, nfs …
options	defaults reicht meistens. Weitere: ro (nur lesen), noexec, noauto.
dump	Für das alte Backup-Programm dump, heute praktisch immer 0.
pass	Reihenfolge der Dateisystemprüfung beim Booten: 1 für /, 2 für andere, 0 für keine Prüfung.

Hands-on: Vergleiche deine fstab mit dem, was tatsächlich eingehängt ist.

cat /etc/fstab
findmnt /

Achtung

Ein Tippfehler in /etc/fstab kann dazu führen, dass die VM nicht mehr sauber bootet. Wenn du die Datei änderst, teste den Eintrag zuerst mit sudo mount -a und findmnt --verify, bevor du neu startest.

Dateisystemtypen

Was in der Spalte type steht, ist das Format, mit dem Daten auf der Partition organisiert sind. Linux kann sehr viele davon lesen, aber nicht jedes taugt als Systempartition, weil zum Beispiel FAT keine Linux-Rechte speichern kann.

Typ	Wofür
ext4	Der Standard unter Ubuntu und Debian. Robust, schnell, mit Journal. Nimm das, wenn du keinen Grund für etwas anderes hast.
xfs	Standard bei RHEL und Fedora Server. Gut für sehr grosse Dateien und Volumes.
btrfs	Mit Snapshots und integrierten Prüfsummen. Standard bei openSUSE und Fedora Workstation.
vfat	FAT32. Für die EFI-Partition und USB-Sticks, weil es jedes Betriebssystem lesen kann. Keine Linux-Rechte.
ntfs	Das Windows-Dateisystem. Linux liest und schreibt es mit dem Kernel-Treiber ntfs3.
tmpfs	Dateisystem im Arbeitsspeicher, zum Beispiel für /run. Inhalt ist nach dem Neustart weg.

Ubuntu

Der Installer erstellt standardmässig eine ext4-Partition für / und eine vfat-Partition für /boot/efi.

Fedora / RHEL

Fedora Workstation nutzt btrfs für /, RHEL und Fedora Server xfs. Die Befehle findmnt, lsblk und df funktionieren identisch.

Aufgabe 4.1 · Dein Baum

Protokolliere mit script eine Sitzung als labs/linux/04-dateisystem/verzeichnisbaum.txt, in der du folgende Fragen mit Befehlen beantwortest und die Antworten als #-Kommentar festhältst:

1. Wie viele Verzeichnisse liegen direkt unter /? Welche davon sind Symlinks?
2. Auf welcher Partition liegt /, welchen Dateisystemtyp hat sie und wie viel Platz ist frei?
3. Wie viele Verzeichnisse hat das ganze System?
4. Welche Zeile in /etc/fstab beschreibt /, und was bedeutet die letzte Spalte dort?

Lösung anzeigen

script labs/linux/04-dateisystem/verzeichnisbaum.txt
ls -l /
# Antwort 1: 20 Einträge, davon bin, lib, lib64 und sbin als Symlinks nach /usr
findmnt /
df -h /
# Antwort 2: /dev/sda2, ext4, etwa 15G frei
sudo find / -type d | wc -l
# Antwort 3: rund 12000 Verzeichnisse
grep -v '^#' /etc/fstab
# Antwort 4: Die Zeile mit Mountpoint /; pass = 1 heisst, dieses Dateisystem wird beim Booten als erstes geprüft
exit

Die konkreten Zahlen sind bei dir anders.

Selbstcheck · 6 Fragen

1. Wo erscheint ein USB-Stick unter Linux?

Als Laufwerk E:Als Verzeichnis im Baum, zum Beispiel unter /mediaGar nicht, Linux kann keine USB-Sticks

Es gibt nur einen Baum. Alles wird irgendwo eingehängt.

2. Welches Verzeichnis enthält die Konfigurationsdateien des Systems?

/var/etc/opt

3. Was bedeutet das | in «find / -type d | wc -l»?

Oder-VerknüpfungDie Ausgabe von find wird an wc weitergereichtwc läuft parallel zu find, ohne Verbindung

Eine Pipe verbindet die Ausgabe des linken mit der Eingabe des rechten Befehls.

4. Welche Aussagen zu /bin stimmen? (mehrere Antworten möglich)

Es ist auf Ubuntu ein Symlink auf /usr/binDort liegen Konfigurationsdateien/bin/ls und /usr/bin/ls sind dieselbe Datei

5. Welches Dateisystem nimmt Ubuntu standardmässig für /?

ntfsext4vfat

6. Warum stehen in /etc/fstab UUIDs statt /dev/sda2?

Weil UUIDs kürzer sindWeil sich Gerätenamen ändern können, UUIDs aber an der Partition klebenWeil /dev/sda2 nur root lesen darf

Antworten prüfen

Weiterführend

• Filesystem Hierarchy Standard, die offizielle Spezifikation.
• man hier: Die Manpage zur Verzeichnisstruktur, direkt auf deiner VM.
• ubuntuusers-Wiki: fstab