Linux文件——inode，软链接，硬链接

转自：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html
http://hi.baidu.com/leejun_2005/blog/item/d9aa13a53b3af6e99152ee7e.html
http://blog.51cto.com/13520924/2092364
https://blog.csdn.net/u013071953/article/details/70158381

硬链接与软链接（符号链接）

硬链接：创建语法为ln 源文件 目标文件，硬链接生成的是普通文件（-）.
软链接：创建语法为ln -s 源文件 目标文件（目标文件不能事先存在），软链接生成的是链接文件（l）。

硬链接

硬链接是通过inode来进行链接。在Linux文件系统中，每个文件都有一个独有的inode编号。
硬链接文件相当于文件的另一个入口，这样就可以建立硬链接到重要文件，以防止误删原数据。

[root@localhost lnTest]# ll
total 4
-rw-r--r--. 1 root root 11 Aug  9 10:34 origin
[root@localhost lnTest]# ln origin hard_link
[root@localhost lnTest]# ll -i
total 8
1975944 -rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 hard_link
1975944 -rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 origin
[root@localhost lnTest]# rm -rf origin
[root@localhost lnTest]# ll -i
total 8
1975944 -rw-r--r--. 1 root root 11 Aug  9 10:34 hard_link
1975945 -rw-r--r--. 1 root root 11 Aug  9 10:35 origin.back
[root@localhost lnTest]# cat hard_link 

[root@localhost lnTest]# mkdir dir
[root@localhost lnTest]# ln dir hard_dir
ln: `dir': hard link not allowed for directory

• 具有相同inode节点号的多个文件互为硬链接文件；
• 删除硬链接文件或删除源文件任意之一，文件实体并未删除；
• 硬链接文件就是文件的另一个入口；
• 对于目录，不可以创建硬链接；
• 硬链接的文件类型是普通文件；

软链接

类似于Windows的快捷方式。

[root@localhost lnTest]# ll
total 8
-rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 hard_link
-rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 origin
[root@localhost lnTest]# ln  -s origin soft_origin
[root@localhost lnTest]# ll -i
total 8
1975944 -rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 hard_link
1975944 -rw-r--r--. 2 root root 11 Aug  9 10:34 origin
1975945 lrwxrwxrwx. 1 root root  6 Aug  9 11:24 soft_origin -> origin

[root@localhost lnTest]# rm -f origin 
[root@localhost lnTest]# ll -i
total 4
1975944 -rw-r--r--. 1 root root 11 Aug  9 10:34 hard_link
1975945 lrwxrwxrwx. 1 root root  6 Aug  9 11:24 soft_origin -> origin
[root@localhost lnTest]# cat soft_origin 
cat: soft_origin: No such file or directory

[root@localhost lnTest]# mkdir dir
[root@localhost lnTest]# ln -s dir/ soft_dir
[root@localhost lnTest]# ll
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Aug  9 11:38 dir
lrwxrwxrwx. 1 root root    4 Aug  9 11:38 soft_dir -> dir/

可以发现软链接的inode值和源文件、硬链接文件都不同，软链接类似于一个文本文件，里面存放的是源文件的路径（因此，软链接文件的大小小于源文件），指向源文件实体。

• 软链接文件的文件类型是l（字母l），是真正的链接文件。
• 删除源文件，软链接文件依然存在，但已经无法访问。
• 对于目录，可以创建软链接。

上面一直有提到inode，那么inode到底是什么呢？

inode是什么

理解inode，要从文件储存说起。
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”。

inode包含的信息

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

• 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：

[root@localhost tmp]# stat test
  File: `test'
  Size: 24          Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd00h/64768d    Inode: 926505      Links: 2
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2018-06-01 21:32:10.652496029 +0800
Modify: 2018-06-01 21:32:05.427503174 +0800
Change: 2018-06-01 21:32:05.427503174 +0800

总之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。

大部分的Linux文件系统（如ext2、ext3）规定，一个文件由目录项、inode和数据块组成：

• 目录项：包括文件名和inode节点号。
• Inode：又称文件索引节点，包含文件的基础信息以及数据块的指针。
• 数据块：包含文件的具体内容。

请看文件存储结构示意图：

inode的大小

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df -i命令。

查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：

[root@localhost tmp]# dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "Inode size"
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Inode size:           128

由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。
可以使用df -i命令查看节点使用情况。

如何通过inode号码读取文件

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 -il test

再来了解一下文件系统如何存取文件的

1、根据文件名，通过Directory里的对应关系，找到文件对应的Inode number
2、再根据Inode number读取到文件的Inode table
3、再根据Inode table中的Pointer读取到相应的Blocks

目录项

上述存取文件过程有一个重要的内容，就是Directory，他不是我们通常说的目录，而是一个列表，记录了一个文件/目录名称对应的Inode number。如下图

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

inode用完但磁盘未满，导致无法新建文件

在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了66%，还有12G的剩余空间，按理说不会出现这种问题。

后来用df -i查看了一下/data分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。

而这台服务器的Block虽然还有剩余，但inode已经用满，因此在创建新目录或文件时，系统提示磁盘空间不足。

查找原因：
　　/data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。

解决方案：
　　1、删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。

　　2、用软连接将空闲分区/opt中的newcache目录连接到/data/cache，使用/opt分区的inode来缓解/data分区inode不足的问题：
　　ln -s /opt/newcache /data/cache

通过inode删除文件

查看文件的inode

[root@localhost tmp]# ll -i
total 20
921319 drwxr-xr-x. 3 root root 4096 Jun  1 21:54 dir
921320 lrwxrwxrwx. 1 root root    3 Jun  1 21:13 dir_link -> dir
927196 drwx------. 2 root root 4096 Jun  2 09:25 firefox_root
927199 drwx------. 2 root root 4096 Jan  1  1970 orbit-root
926505 -rw-r--r--. 2 root root   24 Jun  1 21:32 test
926505 -rw-r--r--. 2 root root   24 Jun  1 21:32 test_hard
927193 lrwxrwxrwx. 1 root root    4 Jun  1 21:31 test_soft -> test

删除指定inode对应的文件

[root@localhost tmp]# rm -f `find . -inum 927193`

或者

[root@localhost tmp]#find . -inum 926505 -exec rm -f {} \;

Linux中cp、rm、mv 、ln对inode的影响：

1、cp命令

• 分配一个未被使用的inode号，在inode表中添加一个新项目，(注意：如果是cp到一个已经存在的文件，则inode号采用被覆盖之前的目标文件的inode号，如果对运行中的apache共享模块so文件进行cp操作，就会出现Segmentation fault<段错误>)
• 在目录中新建一个目录项，并指向步骤1中的inode
• 把数据复制到block中

2、rm命令

• 减少链接数量，如果链接数为0，释放inode(inode号也已被重新使用)；
• 如果inode被释放，则数据块放到可用空间列表中；
• 删除目录中的目录项

3、 mv命令
1.如果mv命令的目标文件和源文件所在的文件系统相同：
使用新文件名建立目录项；
删除带有原来文件名的目录项；
注意：该操作对inode表没有影响(除时间戳)，对数据的位置也没有影响，不移动任何数据。(即使是mv到一个已经存在的目标文件，新目录项指源文件inode，会先删除目标文件的目录项，所以如果对运行中的apache的共享模块so文件进行这种操作的话不会有问题，新的so文件inode号变了)
2.如果目标和源文件所在的文件系统不相同，就是cp和rm；

4、 ln命令

• 符号(软)链接:

  符号链接的内容是它引用文件的名称，可以是任意文件或目录，也可以链接不同问价系统的文件，甚至可以链接不存在的文件，这就产生一般称为断裂的问题，还可以不断的循环链接源文，但是其大小为指向的路径字符串的长度；不增加或减少目标文件inode 的引用计数。

使用ln -s source_file softlink_file （注意：源文件(source_file)的路径是相对路径(也可以是绝对路径，通常使用的是相对路径)，一定是相对于软链接文件的路径，而非相对于当前工作目录的路径）创建符号链接，在对符号链接进行读写操作的时候，系统会自动把该操作转换为对源文件的操作，但是删除连接文件时，系统仅仅删除符号链接文件，而不是删除源文件本身。

• 硬链接：

不允许给目录创建硬链接，创建硬链接会正价额外的记录项以引用文(不能跨驱动或分区创建硬链接)，硬链接件对应于同一文件系统上的一个物理文件，硬链接节点编号是相同的，创建硬链接链接数递增，删除文件时：rm命令递减计数的链接，文件如果存在，至少有一个链接数，当链接数为0时，该文件被删除。

• 硬链接于软连接的区别：

  1、本质不同：硬链接是指向同一个文件，软链接指向的不是同一个文件
  
  2、删除时：硬链接不受影响，软链接失效
  
  3、创建链接时：创建硬链接链接数加1，创建软链接连接数不变
  
  4、是否可以跨分区：硬链接不可以跨分区，软链接可以跨分区
  
  5、目录是否可以创建链接：硬链接不可以对目录创建，软链接可以对目录创建
  
  6、硬链接的inode号相同，软链接inode号不同