理解 Linux 的硬链接与软链接（三）

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 -li 
 total 2136 
 656627 lrwxrwxrwx 1 harris harris       8 Sep  1 14:37 a -> data.txt
 656662 lrwxrwxrwx 1 harris harris       1 Sep  1 14:37 b -> a 
 656228 -rw------- 1 harris harris 2186738 Sep  1 14:37 data.txt 6

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/sda7 on / type ext4 (rw,errors=remount-ro) 
 proc on /proc type proc (rw,noexec,nosuid,nodev) 
 sysfs on /sys type sysfs (rw,noexec,nosuid,nodev) 
 ... 
 ... 
 none on /run/shm type tmpfs (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 -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

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 -t ext4 -I 512 /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 "Inode size"
 dumpe2fs 1.42 (29-Nov-2011) 
 Inode size: 	          256 

 # tune2fs -l /dev/sda7 | grep "Inode size"
 Inode size: 	          256

Linux VFS

Linux 有着极其丰富的文件系统，大体上可分如下几类：

1. 网络文件系统，如 nfs、cifs 等；
2. 磁盘文件系统，如 ext4、ext3 等；
3. 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 Linux VFS（Virtual File System 又称 Virtual Filesystem Switch），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

Linux VFS 存在四个基本对象：超级块对象 (superblock object)、索引节点对象 (inode object)、目录项对象 (dentry object) 及文件对象 (file object)。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 在路径 /dev/input/event5 中，其存在四个目录项对象：/ 、dev/ 、input/ 及 event5。文件对象代表由进程打开的文件。这四个对象与进程及磁盘文件间的关系如图 4. 所示，其中 d_inode 即为硬链接。为文件路径的快速解析，Linux VFS 设计了目录项缓存（Directory Entry Cache，即 dcache）。


图 4. VFS 的对象之间的处理

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）。

清单 10. 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 *); 
    ... 
 }

如清单 10. 所见，每个文件存在两个计数器：i_count 与 i_nlink，即引用计数与硬链接计数。结构体 inode 中的 i_count 用于跟踪文件被访问的数量，而 i_nlink 则是上述使用 ls -l 等命令查看到的文件硬链接数。或者说 i_count 跟踪文件在内存中的情况，而 i_nlink 则是磁盘计数器。当文件被删除时，则 i_nlink 先被设置成 0。文件的这两个计数器使得 Linux 系统升级或程序更新变的容易。系统或程序可在不关闭的情况下（即文件 i_count 不为 0），将新文件以同样的文件名进行替换，新文件有自己的 inode 及 data block，旧文件会在相关进程关闭后被完整的删除。