理解 Linux 的硬链接与软链接

从 inode 了解 Linux 文件系统

参考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-hardandsymb-links/index.html

下面是部分摘录，方便大家查看。


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 (user data) 与元数据 (metadata)。用户数据，即文件数据块 (data block)，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

为解决文件的共享使用，Linux 系统引入了两种链接：硬链接 (hard link) 与软链接（又称符号链接，即 soft link 或 symbolic link）。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.hard link 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。

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 data block；
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。


硬链接为什么不能对目录创建

硬链接不能对目录创建是受限于文件系统的设计。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。若系统允许对目录创建硬链接，则会产生目录环。


软链接的特点

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 dangling link，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

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。


Linux 文件系统中的 inode

       在 Linux 中，索引节点结构存在于系统内存及磁盘，其可区分成 VFS inode 与实际文件系统的 inode。VFS inode 作为实际文件系统中 inode 的抽象，定义了结构体 inode 与其相关的操作 inode_operations（见内核源码 include/linux/fs.h）。


VFS 中的 inode 与 inode_operations 结构体
                               
struct inode {
    ...
    const struct inode_operations   *i_op; // 索引节点操作
    unsigned long           i_ino;      // 索引节点号
    atomic_t                i_count;    // 引用计数器
    unsigned int            i_nlink;    // 硬链接数目
    ...
}

struct inode_operations {
    ...
    int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
    int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
    int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
    int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
    int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
    int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
    ...
}


文件系统 ext4 中的 inode
                               
struct ext4_inode {
    ...
    __le32  i_atime;        // 文件内容最后一次访问时间
    __le32  i_ctime;        // inode 修改时间
    __le32  i_mtime;        // 文件内容最后一次修改时间
    __le16  i_links_count;  // 硬链接计数
    __le32  i_blocks_lo;    // Block 计数
    __le32  i_block[EXT4_N_BLOCKS];  // 指向具体的 block
    ...
};


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 -lname data.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 -inum 660650
/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/ -type l -ls
656662 0 lrwxrwxrwx 1 harris harris 1 Sep 1 14:37 /home/harris/debug/test2/b -> a
656627 0 lrwxrwxrwx 1 harris harris 8 Sep 1 14:37 /home/harris/debug/test2/a ->
data.txt
789467 0 lrwxrwxrwx 1 root root 8 Sep 1 18:00 /home/harris/debug/test/soft.link ->
old.file
789496    0 lrwxrwxrwx   1 root     root            7 Sep  1 18:01
/home/harris/debug/test/soft.link.dir -> old.dir