【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

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

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

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

　ls -i /etc

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

　　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

　　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。

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

　　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。