(转)Linux硬链接、软链接及inode详解

inode

  文件储存在硬盘上,硬盘的最小存储单位叫做“扇区”(Sector)。每个扇区储存512字节(相当于0.5KB)。

  操作系统读取硬盘的时候,不会一个个扇区地读取,这样效率太低,而是一次性连续读取多个扇区,即一次性读取一个”块”(block)。这种由多个扇区组成的”块”,是文件存取的最小单位。”块”的大小,最常见的是4KB,即连续八个 sector组成一个 block。

  文件数据都储存在”块”中,那么很显然,我们还必须找到一个地方储存文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为”索引节点”。

  每一个文件都有对应的inode,里面包含了与该文件有关的一些信息。

inode包含了什么?

  • 文件的字节数
  • 文件拥有者的User ID
  • 文件的Group ID
  • 文件的读、写、执行权限
  • 文件的时间戳,共有三个:ctime指inode上一次变动的时间,mtime指文件内容上一次变动的时间,atime指文件上一次打开的时间
  • 链接数,即有多少文件名指向这个inode
  • 文件数据block的位置

     可以用stat命令,查看某个文件的inode信息: 
     

stat test.c
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总之,除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中。

inode的号码

  每个inode都有一个号码,操作系统用inode号码来识别不同的文件。

  这里值得重复一遍,Unix/Linux系统内部不使用文件名,而使用inode号码来识别文件。对于系统来说,文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。

  表面上,用户通过文件名,打开文件。实际上,系统内部这个过程分成三步: 
首先,系统找到这个文件名对应的inode号码; 
其次,通过inode号码,获取inode信息; 
最后,根据inode信息,找到文件数据所在的block,读出数据。

  使用ls -i命令,可以看到文件名对应的inode号码:

  ls -i example.c
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目录文件

  Unix/Linux系统中,目录(directory)也是一种文件。打开目录,实际上就是打开目录文件。

  目录文件的结构非常简单,就是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:所包含文件的文件名,以及该文件名对应的inode号码。

  ls命令只列出目录文件中的所有文件名:

 ls /etc
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ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和inode号码:

 ls -i /etc
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如果要查看文件的详细信息,就必须根据inode号码,访问inode节点,读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

 ls -l /etc
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  理解了上面这些知识,就能理解目录的权限。 
  目录文件的读权限(r)和写权限(w),都是针对目录文件本身。由于目录文件内只有文件名和inode号码,所以如果只有读权限,只能获取文件名,无法获取其他信息,因为其他信息都储存在inode节点中,而读取inode节点内的信息需要目录文件的执行权限(x)。

硬链接

  一般情况下,文件名和inode号码是”一一对应”关系,每个inode号码对应一个文件名。但是,Unix/Linux系统允许,多个文件名指向同一个inode号码。

  这意味着,可以用不同的文件名访问同样的内容;对文件内容进行修改,会影响到所有文件名;但是,删除一个文件名,不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为”硬链接”(hard link)。

ln命令可以创建硬链接:

  ln 源文件 目标文件
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  运行上面这条命令以后,源文件与目标文件的inode号码相同,都指向同一个inode。 
  inode信息中有一项叫做”链接数”,记录指向该inode的文件名总数,这时就会增加1。

  反过来,删除一个文件名,就会使得inode节点中的”链接数”减1。当这个值减到0,表明没有文件名指向这个inode,系统就会回收这个inode号码,以及其所对应block区域。

  这里顺便说一下目录文件的”链接数”。 
  创建目录时,默认会生成两个目录项:”.”和”..”。 
  前者的inode号码就是当前目录的inode号码,等同于当前目录的”硬链接”;,后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码,等同于父目录的”硬链接”。 
  所以,任何一个目录的”硬链接”总数,总是等于2加上它的子目录总数(含隐藏目录)。

  UNIX文件系统提供了一种将不同文件链接至同一个文件的机制,我们称这种机制为链接。 
  它可以使得单个程序对同一文件使用不同的名字。这样的好处是文件系统只存在一个文件的副本。 
  系统简单地通过在目录中建立一个新的登记项来实现这种连接。该登记项具有一个新的文件名和要连接文件的inode号(inode与原文件相同)。 
  不论一个文件有多少硬链接,在磁盘上只有一个描述它的inode,只要该文件的链接数不为0,该文件就保持存在。硬链接不能对目录建立硬链接!

  硬连接是直接建立在节点表上的(inode),建立硬连接指向一个文件的时候,会更新节点表上面的计数值。 
  举个例子,一个文件被连接了两次(硬连接),这个文件的计数值是3,而无论通过3个文件名中的任何一个访问,效果都是完全一样的,但是如果删除其中任意一个,都只是把计数值减1,不会删除实际的内容的,(任何存在的文件本身就算是一个硬连接)只有计数值变成0也就是没有任何硬连接指向的时候才会真实的删除内容。

硬连接小结:

1、具有相同inode节点号的多个文件是互为硬连接文件。

2、删除硬连接文件或者删除源文件任意一个,文件实体并未被删除。

3、只有删除了源文件及所有对应的硬连接文件,文件实体才会被删除。

4、当所有的硬连接文件及源文件被删除后,再存放新的数据会占用这个文件的空间,或者磁盘fsck检查的时候,删除的数据也会被系统回收。

5、硬连接文件就是文件的另一个入口。

6、可以通过给文件设置硬连接文件,来防止重要文件被误删。

7、通过执行命令“ln 源文件 硬连接文件”,即可完成创建因连接。

8、硬连接文件可以通过rm命令删除。

9、对于静态文件(没有进程被调用的文件)来讲,当对应硬连接数为0(i_link),文件就被删除。i_link的查看方法(ls -l 结果的第三列就是)

文件删除的变量:

i_link 文件的硬连接数量

i_count 引用计数(有一个程序使用i_count加1)

文件删除的条件:

i_link=0 and i_count=0

软连接和硬链接图解

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软链接

除了硬链接以外,还有一种特殊情况。

  文件A和文件B的inode号码虽然不一样,但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时,系统会自动将访问者导向文件B。因此,无论打开哪一个文件,最终读取的都是文件B。这时,文件A就称为文件B的”软链接”(soft link)或者”符号链接(symbolic link)。

  这意味着,文件A依赖于文件B而存在,如果删除了文件B,打开文件A就会报错:”No such file or directory”。 
  这是软链接与硬链接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode号码,文件B的inode”链接数”不会因此发生变化。

ln -s命令可以创建软链接。

  ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录
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  我们把符号链接称为软链接,它是指向另一个文件的特殊文件,这种文件的数据部分仅包含它所要链接文件的路径名。 
  软链接是为了克服硬链接的不足而引入的,软链接不直接使用inode号作为文件指针,而是使用文件路径名作为指针(软链接:文件名 + 数据部分–>目标文件的路径名)。

  软件有自己的inode,并在磁盘上有一小片空间存放路径名。因此,软链接能够跨文件系统,也可以和目录链接!其二,软链接可以对一个不存在的文件名进行链接,但直到这个名字对应的文件被创建后,才能打开其链接。

inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离,这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

  1. 有时,文件名包含特殊字符,无法正常删除。这时,直接删除inode节点,就能起到删除文件的作用。

  2. 移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响inode号码。

  3. 打开一个文件以后,系统就以inode号码来识别这个文件,不再考虑文件名。因此,通常来说,系统无法从inode号码得知文件名。

  第3点使得软件更新变得简单,可以在不关闭软件的情况下进行更新,不需要重启。因为系统通过inode号码,识别运行中的文件,不通过文件名。更新的时候,新版文件以同样的文件名,生成一个新的inode,不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候,文件名就自动指向新版文件,旧版文件的inode则被回收。

图解:

硬链接和软链接的具体含义如下图所示:

我们使用如下指令,将ppp.h文件硬链接到原文件proc.h

ln proc.h ppp.h

原proc.h文件的inode节点是516134,指向数据区的第一个file文件。使用了ln指令之后,在directory中新建一个目录项,文件名为ppp.h,inode节点仍为516134,直接指向同一个proc.h。

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我们在linux系统上进行实验,验证我们的解释是正确的,两个文件的inode节点相同,指向同一file:

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我们使用如下指令,将ppp.h文件软链接到原文件proc.h

ln -s proc.h ppp.h

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Linux 目录链接总结:

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