Linux软链接与硬链接.docx
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Linux软链接与硬链接
理解Linux的硬链接与软链接
从inode了解Linux文件系统
硬链接与软链接是Linux文件系统中的一个重要概念，其涉及文件系统中的索引节点（indexnode又称inode），而索引节点对象是Linux虚拟文件系统（VFS）的四个基本概念之一。
通过剖析硬链接与软链接的联系与区别，我们可更好的了解Linux中VFS这一通用文件模型。
并让Linux普通用户和系统管理员正确使用硬链接与软链接，帮助文件系统开发者获取inode的相关知识。
Linux的文件与目录
现代操作系统为解决信息能独立于进程之外被长期存储引入了文件，文件作为进程创建信息的逻辑单元可被多个进程并发使用。
在UNIX系统中，操作系统为磁盘上的文本与图像、鼠标与键盘等输入设备及网络交互等I/O操作设计了一组通用API，使他们被处理时均可统一使用字节流方式。
换言之，UNIX系统中除进程之外的一切皆是文件，而Linux保持了这一特性。
为了便于文件的管理，Linux还引入了目录（有时亦被称为文件夹）这一概念。
目录使文件可被分类管理，且目录的引入使Linux的文件系统形成一个层级结构的目录树。
清单1.所示的是普通Linux系统的顶层目录结构，其中/dev是存放了设备相关文件的目录。
清单1.Linux系统的顶层目录结构
/根目录├──bin存放用户二进制文件├──boot存放内核引导配置文件├──dev存放设备文件├──etc存放系统配置文件├──home用户主目录├──lib动态共享库├──lost+found文件系统恢复时的恢复文件├──media可卸载存储介质挂载点├──mnt文件系统临时挂载点├──opt附加的应用程序包├──proc系统内存的映射目录，提供内核与进程信息├──rootroot用户主目录├──sbin存放系统二进制文件├──srv存放服务相关数据├──syssys虚拟文件系统挂载点├──tmp存放临时文件├──usr存放用户应用程序└──var存放邮件、系统日志等变化文件
Linux与其他类UNIX系统一样并不区分文件与目录：
目录是记录了其他文件名的文件。
使用命令mkdir创建目录时，若期望创建的目录的名称与现有的文件名（或目录名）重复，则会创建失败。
#ls-F/usr/bin/zi*/usr/bin/zip*/usr/bin/zipgrep*/usr/bin/zipnote*/usr/bin/zipcloak*/usr/bin/zipinfo*/usr/bin/zipsplit*#mkdir-p/usr/bin/zipmkdir:
cannotcreatedirectory`/usr/bin/zip':
Fileexists
Linux将设备当做文件进行处理，清单2.展示了如何打开设备文件/dev/input/event5并读取文件内容。
文件event5表示一种输入设备，其可能是鼠标或键盘等。
查看文件/proc/bus/input/devices可知event5对应设备的类型。
设备文件/dev/input/event5使用read（）以字符流的方式被读取。
结构体input_event被定义在内核头文件linux/input.h中。
清单2.打开并读取设备文件
intfd;structinput_eventie;fd=open（"/dev/input/event5",O_RDONLY）;read（fd,&ie,sizeof（structinput_event））;printf（"type=%dcode=%dvalue=%d\n",ie.type,ie.code,ie.value）;close（fd）;
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硬链接与软链接的联系与区别
我们知道文件都有文件名与数据，这在Linux上被分成两个部分：
用户数据（userdata）与元数据（metadata）。
用户数据，即文件数据块（datablock），数据块是记录文件真实内容的地方；而元数据则是文件的附加属性，如文件大小、创建时间、所有者等信息。
在Linux中，元数据中的inode号（inode是文件元数据的一部分但其并不包含文件名，inode号即索引节点号）才是文件的唯一标识而非文件名。
文件名仅是为了方便人们的记忆和使用，系统或程序通过inode号寻找正确的文件数据块。
图1.展示了程序通过文件名获取文件内容的过程。
图1.通过文件名打开文件
清单3.移动或重命名文件
#stat/home/harris/source/glibc-2.16.0.tar.xzFile:
`/home/harris/source/glibc-2.16.0.tar.xz'Size:
9990512Blocks:
19520IOBlock:
4096regularfileDevice:
807h/2055dInode:
2485677Links:
1Access:
（0600/-rw-------）Uid:
（1000/harris）Gid:
（1000/harris）......#mv/home/harris/source/glibc-2.16.0.tar.xz/home/harris/Desktop/glibc.tar.xz#ls-i-F/home/harris/Desktop/glibc.tar.xz2485677/home/harris/Desktop/glibc.tar.xz
在Linux系统中查看inode号可使用命令stat或ls-i（若是AIX系统，则使用命令istat）。
清单3.中使用命令mv移动并重命名文件glibc-2.16.0.tar.xz，其结果不影响文件的用户数据及inode号，文件移动前后inode号均为：
2485677。
为解决文件的共享使用，Linux系统引入了两种链接：
硬链接（hardlink）与软链接（又称符号链接，即softlink或symboliclink）。
链接为Linux系统解决了文件的共享使用，还带来了隐藏文件路径、增加权限安全及节省存储等好处。
若一个inode号对应多个文件名，则称这些文件为硬链接。
换言之，硬链接就是同一个文件使用了多个别名（见 图2.hardlink就是file的一个别名，他们有共同的inode）。
硬链接可由命令link或ln创建。
如下是对文件oldfile创建硬链接。
linkoldfilenewfilelnoldfilenewfile
由于硬链接是有着相同inode号仅文件名不同的文件，因此硬链接存在以下几点特性：
∙文件有相同的inode及datablock；
∙只能对已存在的文件进行创建；
∙不能交叉文件系统进行硬链接的创建；
∙不能对目录进行创建，只可对文件创建；
∙删除一个硬链接文件并不影响其他有相同inode号的文件。
清单4.硬链接特性展示
#ls-litotal0//只能对已存在的文件创建硬连接#linkold.filehard.linklink:
cannotcreatelink`hard.link'to`old.file':
Nosuchfileordirectory#echo"Thisisanoriginalfile">old.file#catold.fileThisisanoriginalfile#statold.fileFile:
`old.file'Size:
25Blocks:
8IOBlock:
4096regularfileDevice:
807h/2055dInode:
660650Links:
2Access:
（0644/-rw-r--r--）Uid:
（0/root）Gid:
（0/root）...//文件有相同的inode号以及datablock#linkold.filehard.link|ls-litotal8660650-rw-r--r--2rootroot25Sep117:
44hard.link660650-rw-r--r--2rootroot25Sep117:
44old.file//不能交叉文件系统#ln/dev/input/event5/root/bfile.txtln:
failedtocreatehardlink`/root/bfile.txt'=>`/dev/input/event5':
Invalidcross-devicelink//不能对目录进行创建硬连接#mkdir-pold.dir/test#lnold.dir/hardlink.dirln:
`old.dir/':
hardlinknotallowedfordirectory#ls-iF660650hard.link657948old.dir/660650old.file
文件old.file与hard.link有着相同的inode号：
660650及文件权限，inode是随着文件的存在而存在，因此只有当文件存在时才可创建硬链接，即当inode存在且链接计数器（linkcount）不为0时。
inode号仅在各文件系统下是唯一的，当Linux挂载多个文件系统后将出现inode号重复的现象（如 清单5.所示，文件t3.jpg、sync及123.txt并无关联，却有着相同的inode号），因此硬链接创建时不可跨文件系统。
设备文件目录/dev使用的文件系统是devtmpfs，而/root（与根目录/一致）使用的是磁盘文件系统ext4。
清单5.展示了使用命令df查看当前系统中挂载的文件系统类型、各文件系统inode使用情况及文件系统挂载点。
清单5.查找有相同inode号的文件
#df-i--print-typeFilesystemTypeInodesIUsedIFreeIUse%Mountedon/dev/sda7ext43147760283483286427710%/udevdevtmpfs4960885534955351%/devtmpfstmpfs4990064914985151%/runnonetmpfs49900634990031%/run/locknonetmpfs499006154989911%/run/shm/dev/sda6fuseblk743839004786743791141%/media/DiskE/dev/sda8fuseblk2952459219939295046531%/media/DiskF#find/-inum1114/media/DiskE/Pictures/t3.jpg/media/DiskF/123.txt/bin/sync
值得一提的是，Linux系统存在inode号被用完但磁盘空间还有剩余的情况。
我们创建一个5M大小的ext4类型的mo.img文件，并将其挂载至目录/mnt。
然后我们使用一个shell脚本将挂载在/mnt下ext4文件系统的indoe耗尽（见清单6.）。
清单6.测试文件系统inode耗尽但仍有磁盘空间的情景
#ddif=/dev/zeroof=mo.imgbs=5120kcount=1#ls-lhmo.img-rw-r--r--1rootroot5.0MSep117:
54mo.img#mkfs-text4-F./mo.img...OStype:
LinuxBlocksize=1024（log=0）Fragmentsize=1024（log=0）Stride=0blocks,Stripewidth=0blocks1280inodes,5120blocks256blocks（5.00%）reservedforthesuperuser......Writingsuperblocksandfilesystemaccountinginformation:
done#mount-oloop./mo.img/mnt#cat/mnt/inode_test.sh#!
/bin/bashfor（（i=1;;i++））doif[$?
-eq0];thenecho"Thisisfile_$i">file_$ielseexit0fidone#./inode_test.sh./inode_test.sh:
line6:
file_1269:
Nospaceleftondevice#df-iT/mnt/;du-sh/mnt/FilesystemTypeInodesIUsedIFreeIUse%Mountedon/dev/loop0ext4128012800100%/mnt1.3M/mnt/
硬链接不能对目录创建是受限于文件系统的设计（见 清单4.对目录创建硬链接将失败）。
现Linux文件系统中的目录均隐藏了两个个特殊的目录：
当前目录（.）与父目录（..）。
查看这两个特殊目录的inode号可知其实这两目录就是两个硬链接（注意目录/mnt/lost+found/的inode号）。
若系统允许对目录创建硬链接，则会产生目录环。
#ls-aliF/mnt/lost+foundtotal4411drwx------2rootroot12288Sep117:
54./2drwxr-xr-x3rootroot31744Sep117:
57../#stat/mnt/lost+found/File:
`/mnt/lost+found/'Size:
12288Blocks:
24IOBlock:
1024directoryDevice:
700h/1792dInode:
11Links:
2Access:
（0700/drwx------）Uid:
（0/root）Gid:
（0/root）Access:
2012-09-0117:
57:
17.000000000+0800Modify:
2012-09-0117:
54:
49.000000000+0800Change:
2012-09-0117:
54:
49.000000000+0800Birth:
-
软链接与硬链接不同，若文件用户数据块中存放的内容是另一文件的路径名的指向，则该文件就是软连接。
软链接就是一个普通文件，只是数据块内容有点特殊。
软链接有着自己的inode号以及用户数据块（见 图2.）。
因此软链接的创建与使用没有类似硬链接的诸多限制：
∙软链接有自己的文件属性及权限等；
∙可对不存在的文件或目录创建软链接；
∙软链接可交叉文件系统；
∙软链接可对文件或目录创建；
∙创建软链接时，链接计数i_nlink不会增加；
∙删除软链接并不影响被指向的文件，但若被指向的原文件被删除，则相关软连接被称为死链接（即danglinglink，若被指向路径文件被重新创建，死链接可恢复为正常的软链接）。
图2.软链接的访问
清单7.软链接特性展示
#ls-litotal0//可对不存在的文件创建软链接#ln-sold.filesoft.link#ls-liFtotal0789467lrwxrwxrwx1rootroot8Sep118:
00soft.link->old.file//由于被指向的文件不存在，此时的软链接soft.link就是死链接#catsoft.linkcat:
soft.link:
Nosuchfileordirectory//创建被指向的文件old.file，soft.link恢复成正常的软链接#echo"Thisisanoriginalfile_A">>old.file#catsoft.linkThisisanoriginalfile_A//对不存在的目录创建软链接#ln-sold.dirsoft.link.dir#mkdir-pold.dir/test#tree.-F--inodes.├──[789497]old.dir/│└──[789498]test/├──[789495]old.file├──[789495]soft.link->old.file└──[789497]soft.link.dir->old.dir/
当然软链接的用户数据也可以是另一个软链接的路径，其解析过程是递归的。
但需注意：
软链接创建时原文件的路径指向使用绝对路径较好。
使用相对路径创建的软链接被移动后该软链接文件将成为一个死链接（如下所示的软链接a使用了相对路径，因此不宜被移动），因为链接数据块中记录的亦是相对路径指向。
$ls-litotal2136656627lrwxrwxrwx1harrisharris8Sep114:
37a->data.txt656662lrwxrwxrwx1harrisharris1Sep114:
37b->a656228-rw-------1harrisharris2186738Sep114:
37data.txt6
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链接相关命令
在Linux中查看当前系统已挂着的文件系统类型，除上述使用的命令df，还可使用命令mount或查看文件/proc/mounts。
#mount/dev/sda7on/typeext4（rw,errors=remount-ro）procon/proctypeproc（rw,noexec,nosuid,nodev）sysfson/systypesysfs（rw,noexec,nosuid,nodev）......noneon/run/shmtypetmpfs（rw,nosuid,nodev）
命令ls或stat可帮助我们区分软链接与其他文件并查看文件inode号，但较好的方式还是使用find命令，其不仅可查找某文件的软链接，还可以用于查找相同inode的所有硬链接。
（见清单8.）
清单8.使用命令find查找软链接与硬链接
//查找在路径/home下的文件data.txt的软链接#find/home-lnamedata.txt/home/harris/debug/test2/a//查看路径/home有相同inode的所有硬链接#find/home-samefile/home/harris/debug/test3/old.file/home/harris/debug/test3/hard.link/home/harris/debug/test3/old.file#find/home-inum660650/home/harris/debug/test3/hard.link/home/harris/debug/test3/old.file//列出路径/home/harris/debug/下的所有软链接文件#find/home/harris/debug/-typel-ls6566620lrwxrwxrwx1harrisharris1Sep114:
37/home/harris/debug/test2/b->a6566270lrwxrwxrwx1harrisharris8Sep114:
37/home/harris/debug/test2/a->data.txt7894670lrwxrwxrwx1rootroot8Sep118:
00/home/harris/debug/test/soft.link->old.file7894960lrwxrwxrwx1rootroot7Sep118:
01/home/harris/debug/test/soft.link.dir->old.dir
系统根据磁盘的大小默认设定了inode的值（见清单9.），如若必要，可在格式文件系统前对该值进行修改。
如键入命令 mkfs-text4-I512/dev/sda4，将使磁盘设备/dev/sda4格式成inode大小是512字节的ext4文件系统。
清单9.查看系统的inode值
//查看磁盘分区/dev/sda7上的inode值#dumpe2fs-h/dev/sda7|grep"Inodesize"dumpe2fs1.42（29-Nov-2011）Inodesize:
256#tune2fs-l/dev/sda7|grep"Inodesize"Inodesize:
256
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LinuxVFS
Linux有着极其丰富的文件系统，大体上可分如下几类：
网络文件系统，如nfs、cifs等；
磁盘文件系统，如ext4、ext3等；
特殊文件系统，如proc、sysfs、ramfs、tmpfs等。
实现以上这些文件系统并在Linux下共存的基础就是LinuxVFS（VirtualFileSystem又称VirtualFilesystemSwitch），即虚拟文件系统。
VFS作为一个通用的文件系统，抽象了文件系统的四个基本概念：
文件、目录项（dentry）、索引节点（inode）及挂载点，其在内核中为用户空间层的文件系统提供了相关的接口（见 图3.所示VFS在Linux系统的架构）。
VFS实现了open（）、read（）等系统调并使得cp等用户空间程序可跨文件系统。
VFS真正实现了上述内容中：
在Linux中除进程之外一切皆是文件。
图3.VFS在系统中的架构
LinuxVFS存在四个基本对象：
超级块对象（superblockobject）、索引节点对象（inodeobject）、目录项对象（dentryobject）及文件对象（fileobject）。
超级块对象代表一个已安装的文件系统；索引节点对象代表一个文件；目录项对象代表一个目录项，如设备文件event5在
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