Linux操作系统~带你理解文件系统与软硬链接
目录
1.C语言中的FILE和文件描述符对应的file
2.Linux的EXT系列的文件系统
（1）.block group中六个部分的内容
inode索引结点相关
Q：这两个inode有什么不同？
（2）.一个文件的inode和对应的block如何关联呢？
（3）.效率问题，如何快速找到一个没使用的inode/block
（4）.目录是文件，它的属性和内容是什么
（5）.touch，echo，cat，rm发生了什么？
3.软硬链接
（1）.软连接：
（2）.硬链接：
ls -i指令选项
结论
Q：为什么目录的默认硬链接数是2
1.C语言中的FILE和文件描述符对应的file
这两个是不一样的概念，C语言中的FILE内部有当前文件对应的文件描述符fd，同时还有C语言层面上的缓冲区的内容等信息。
然后操作系统根据FILE里面的fd，在fd作为下标的指针数组里面找到的file对象，里面存放了文件相关的inode元的信息（文件的属性信息），和C语言的FILE是不一样的。
因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问文件都是通过fd访问的。
所以C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。
2.Linux的EXT系列的文件系统
Linux中将磁盘分区管理，每个分区中都会有一个文件系统，将分区中的内容分为多个block group，而每个block group内部使用统一的方式进行管理。
（1）.block group中六个部分的内容
- 超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：整个分区的bolck 和 inode的总量，未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了。（它每个组都有一个，防止一个被刮花，整个崩掉）
- GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，（当前组块里面的block和inode还有多少没用等等）
- 块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用
- inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否空闲可用。
- i节点表（inode Table）:保存了一个个inode信息，一个inode内部存放文件属性，如文件大小，所有者，最近修改时间等
- 数据区：存放文件内容
inode Table里面有一个个inode，用于存放文件属性，data blocks里面有一个个block，用于保存文件的内容（每个inode512B（字节），每个block 4KB）
inode索引结点相关
操作系统要读取一个文件的内容的时候，通过文件描述符找到file结构体，这个结构体内部存放了f_inode指针，指向inode结构体，这个结构体是不是就是文件系统里面的inode
文件系统管理文件，是根据inode编号在inode_table里面找到inode的
Q：这两个inode有什么不同？
inode是VFS使用的一个对象，用于存放内核在操作文件或目录时所需要的全部信息。索引节点有两种，一种是这里所说的VFS索引节点，存在内存中；另一种是具体文件系统的索引节点，存在于磁盘上，使用时将其读入内存填充VFS的索引节点，之后对VFS索引节点的任何修改都将写回磁盘更新磁盘的索引节点。
一个索引节点代表了文件系统的一个文件，在文件创建时创建文件删除时销毁，但是索引节点仅在当文件被访问时，才在内存中创建，且无论有多少个副本访问这个文件，inode只存在一份。
因此，我们没有打开文件时，文件的inode是保存在磁盘中，由文件系统进行管理的。当我们创建文件的时候，inode在磁盘上会被创建，当我们删除时，磁盘上的inode才会被销毁。文件系统创建和删除文件（也就是管理文件）都是通过inode_number在inode_table里面找到inode，从而对文件进行管理的。
当我们打开一个文件以后，在内存中才会有inode结点的信息，这个inode则是通过file里面的f_inode指针找到的，找到inode以后，也就获取到了当前文件的属性和内容，可以对文件进行读写操作。修改了inode的内容后，都会将修改写回磁盘，更新磁盘上的inode
（内存中的inode结构和磁盘中的inode结构是并不是完全一样的，内存中想要读写文件是通过f_op里面的函数做到的，而不是像磁盘里面根据block_id什么的找到文件内容的）
（2）.一个文件的inode和对应的block如何关联呢？
Linux系统中，文件名在系统层面是没有用的，文件名是给用户用的，系统中是根据inode编号去找的，一个inode对应一个文件。一个inode对应多个block
每个inode可以看做一个结构体，内部有文件的所有属性，还有一个inode_number编号，还有一个block数组，表示和当前inode对应的Data Blocks中的 block的下标，可以通过这些下标找到inode对应的block。
所以我们操作系统找文件，先根据inode编号找到inode，也就拿到了文件信息，然后再根据inode里面的block数组下标，找到inode对应的block数据块，也就拿到了文件的内容。
（3）.效率问题，如何快速找到一个没使用的inode/block
使用位图inode Bitmap，比特位的位置表示inode的编号，比特位01表示当前的inode是否被占用。
如果我要为当前文件创建两个block，那也需要快速找到没被使用的block
使用位图，block Bitmap，比特位的位置表示block的编号，比特位01表示当前block是否被占用
（4）.目录是文件，它的属性和内容是什么
目录是文件，所以也是有inode的，里面放目录的属性信息。它也有数据，那数据块里面放什么呢？
文件名：inode编号，文件的数据块里面存放的是这种文件名和inode编号的映射信息
我们创建的所有文件，全部一定在一个特定的目录下!!
（5）.touch，echo，cat，rm发生了什么？
1.touch hello.c首先在inode位图里面找没有使用的inode，然后将文件的属性信息填到inode里面。
2.echo重定向写入的时候，通过block位图找到没有被使用的block，然后与inode建立映射关系，最后把内容写到block块里面。
3.我们在对应目录下创建文件的时候，会往目录里面写入inode和文件名的映射关系。然后我们运行cat 文件名，的时候是在当前目录下运行的，操作系统会先查看当前目录->inode->block里面对应文件名的inode，然后根据inode去inode table里面找到inode，然后根据inode里面的映射关系在block table里面找到对应的block块，最后输出文件的内容。
4.删除文件，首先在当前目录->inode->blocks里面找到对应的inode编号和文件名的映射关系，根据当前要删除的文件名找到inode编号，然后在位图中找到对应的inode编号对应的位置，直接将其置0即可。然后根据inode里面的block编号，在block位图里面把对应的数据块置0即可。这也就是为什么我们在删除文件的时候速度很快，同时也是数据可以恢复的原因）
3.软硬链接
软连接就是创建一个链接文件，通过这个链接文件可以访问另一个文件，就像windows系统中的快捷方式，创建方式就是ln -s 文件路径+文件名 链接名。
硬链接的创建方式和软链接很像，就是去掉-s选项即可。创建的硬链接只是一个映射关系，而不是一个文件，我们通过硬链接也可以访问原文件。
比如我们在很深的多级目录里面创建了一个文件，那我下次要访问这个程序的时候，前面要加上一长串路径，非常麻烦。这个时候就可以给这个文件加上一个软连接或者硬链接，我们就可以通过这个链接接访问文件，或者执行程序。
（1）.软连接：
语法：ln -s(soft) 对应目录的文件 连接名
unlink 链接名（最好是不要用rm）
软连接特别像windows里面的快捷方式
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ll
total 44
-rw-rw-r-- 1 zebra zebra 21 Oct 23 22:19 README.md
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 18 17:10 test10
-rwxrwxrwx 1 zebra zebra 24 Oct 24 10:50 test1.txt
-rw-rw-r-- 1 zebra zebra 224 Oct 26 10:44 test2.cpp
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Oct 31 20:15 test3
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Oct 28 15:02 test4
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 1 15:05 test5
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 11 16:23 test6
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 15 21:02 test7
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 16 00:18 test8_mutex
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 16 21:09 test9_cond
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ln -s test10/mytest soft_link
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ll
total 44
-rw-rw-r-- 1 zebra zebra 21 Oct 23 22:19 README.md
lrwxrwxrwx 1 zebra zebra 13 Nov 19 11:42 soft_link -> test10/mytest
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 18 17:10 test10
-rwxrwxrwx 1 zebra zebra 24 Oct 24 10:50 test1.txt
-rw-rw-r-- 1 zebra zebra 224 Oct 26 10:44 test2.cpp
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Oct 31 20:15 test3
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Oct 28 15:02 test4
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 1 15:05 test5
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 11 16:23 test6
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 15 21:02 test7
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 16 00:18 test8_mutex
drwxrwxr-x 2 zebra zebra 4096 Nov 16 21:09 test9_cond
[zebra@VM-8-12-centos test]$ 此时我们可以./soft_link来运行mytest程序
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ./soft_link
666
i
[zebra@VM-8-12-centos test]$ （2）.硬链接：
语法：相比软链接，不要加上-s选项就是创建硬链接
此时我们可以通过./hard_link来运行mytest程序
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ./hard_link
666
i
[zebra@VM-8-12-centos test]$ ls -i指令选项
加上 -i 选项以后，可以查看当前文件对应的inode的编号
结论
1.软链接是有自己独立的inode的，所以软链接实际上是一个独立文件，所以软链接有inode，也有blocks，它的数据块里面保存的是指向文件的所在路径和文件名。
如图，软连接的block数据中保存的是原文件名，而硬链接并没有自己的inode和block，只是一个存放在当前目录里面的映射关系。我们删除文件的时候，必须把所有的硬链接全部删除，该inode对应的文件才会被删除。
（这里def是abc的硬链接，可以看到他们前面的inode编号是相同的，def相当于是abc文件内容的另一个文件名，只是一个映射关系，并不是一个文件；abc.s是abc的软连接，其inode编号和abc是不同的，是一个新的文件，文件中的blocks中保存的内容是原文件的文件名“abc”）
2.硬链接，它的inode编号和原文件是相同的。本质上就不是一个独立的文件，而是一个文件名硬链接本质是根本就不是一个独立的文件，而是一个文件名和inode编号的映射关系，因为自己没有独立的inode
3.创建硬链接，本质是在特定的目录下，填写一对文件名和inode的映射关系!
4.如果创建了一个硬链接以后，把原来的文件删除，相当于对原来的文件进行了重命名。（毕竟如第三点所说，创建了硬链接以后，同一个inode相当于有两个文件名不相同的映射关系，我们删除了原文件只是删除了其中一种映射关系，另一个映射关系还在，这就相当于是重命名了）
5.这个数字表示文件的硬链接数，当这数量变成0的时候，文件才会被彻底删除（也就是要删除所有的硬链接，才能删除文件）
Q：为什么目录的默认硬链接数是2
我们创建一个文件，它默认的硬链接数是1，但是我们创建一个目录，它默认的硬链接数是2，这是为什么呢？我们在当前目录里面再创建一个tmp目录，发现当前目录的硬链接数量变成了3，这又是为什么呢？
A：因为硬链接实际上是一个保存在当前目录里面的映射关系，不像软链接那样是一个文件。这个映射关系是inode和文件名的映射关系，2个硬链接就表示有两个文件名和同一个inode建立了映射关系，保存在目录的block中。除了当前目录名和当前目录inode的映射关系以外，目录里面还有一个.表示当前目录，我们用ls -ali就可以看到.的inode和目录的inode是同一个，所以硬链接数量为2。
再创建一个tmp目录以后，tmp目录里面会有..，对应的inode也是当前目录，所以当前目录的硬链接数量就变成了3。
