軟連接和硬連接——Linux中的文件共享

硬連接（Hard Link）和軟連接也稱爲符號連接（Symbolic Link）的目的是爲了解決文件的共享使用問題。要闡明其原理，必須先理解Linux的文件存儲方式。

索引結點

Linux是一個UNIX類操做系統，全部類型的UNIX文件都是由操做系統經過索引節點來管理的。

索引節點是一個控制結構，包含操做系統所需的關於某個文件的關鍵信息。多個文件名能與一個索引節點相關聯，但一個活躍的索引節點只能與一個文件相關聯，且每一個文件只能由一個索引節點來控制。文件的屬性、訪問權限和其餘控制信息都保存在索引節點中。此處以Linux中ext2的索引結點示例。

Ext2文件系統的每個文件和目錄都對應一個索引結點，每個數據塊組中的索引結點都保存在索引結點表中。

ext2的索引結點的一些主要字段:

Mode:包含次索引結點描述的是什麼（好比描述文件、目錄、符號連接、塊設備、字符設備以及FIFO結構等）以及用戶擁有的權限

Owner information:文件或目錄全部者的用戶和組標識符，這使得文件系統能夠正確地受權某種存取操做

Size：文件大小

Timestamps:創建時間和最後修改時間

Datablocks:指向存儲此索引結點描述的文件數據塊的指針。直接指針指向存儲數據的物理數據塊，間接指針、兩級指針和三級指針指向不一樣級別的指針塊或數據。

  具體的索引節點結構會由於UNIX實現的不一樣而發生變化，再舉一個FreeBSD的索引節點結構：

當訪問一個文件時，經過文件名在目錄表中查找到其索引節點號，經過索引節點號查索引節點表獲得其索引節點，經過索引節點獲得文件數據所在的位置。

索引結點也會消耗硬盤空間，因此硬盤格式化的時候，操做系統自動將硬盤分紅兩個區域。一個是數據區，存放文件數據(data block)；另外一個是索引結點區（inode table），存放索引結點所包含的信息。

每一個索引結點的大小，通常是128字節或256字節。索引結點的總數，在格式化時就給定，通常是每1KB或每2KB就設置一個索引結點。

Linux中的相關命令：

查看每一個硬盤分區的索引結點總數和已經使用的數量，可以使用df命令：df -

查看每一個索引結點節點的大小，能夠用以下命令：sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep 「Inode size」

使用ls –l命令會顯示出在大部分信息. ls –i option顯示文件的索引號.

而stat命令則能夠列出索引節點中的幾乎全部信息.

文件系統第一次被建立時, 會爲每個文件系統建立若干數量的索引節點。該數目是文件系統所能容納的最大文件數。只要不從新初始化文件系統, 就不能改變這個數目, 不然會損壞該文件系統上全部的數據。當文件系統中有不少不少小文件時文件系統會可能將索引節點所有用光。

一個文件系統維護了一個索引節點的數組，每一個文件或目錄都與索引節點數組中的惟一一個元素對應。系統給每一個索引節點分配了一個號碼，也就是該節點在數組中的索引號，稱爲索引節點號。操做系統用索引結點號碼來識別不一樣的文件。

表面上，用戶經過文件名，打開文件。實際上，系統內部這個過程分紅三步：首先，系統找到這個文件名對應的索引結點號碼；其次，經過索引結點號碼，獲取索引結點信息；最後，根據索引結點信息，找到文件數據所在的block，讀出數據。

使用ls -i命令，能夠看到文件名對應的inode號碼：ls -i example.txt

因爲索引結點與文件名分離，這種機制致使了一些Unix/Linux系統特有的操做

1. 若出現文件名包含特殊字符，沒法正常刪除的狀況。這時，能夠經過直接刪除索引結點來刪除文件。

2. 移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響索引結點號碼。

3. 打開一個文件之後，系統就以索引結點號碼來識別這個文件，再也不考慮文件名。所以，一般來講，系統沒法從索引結點號碼得知文件名。

  第3點使得軟件更新變得簡單，能夠在不關閉軟件的狀況下進行更新，不須要重啓。更新的時候，新版文件以一樣的文件名，生成一個新的索引結點，不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的索引結點則被回收。

硬連接和軟鏈接

基於索引結點共享：硬連接（hard link）

文件索引節點中設有一個連接計數字段inode link count，用來表示鏈接到本索引結點上的用戶目錄項的數目

用戶A建立一個新文件時，inode link count；

用戶B要共享該文件，B的目錄中增長一個目錄項，並填上新的文件名和指向該共享文件的索引結點的指針，inode link count；

缺點：文件主沒法刪除被他人共享的文件。

•在系統中佔用的空間與源文件相同，但在系統中引用的是相同的對象（不是拷貝）

•在操做系統層解析

•圖標和建立快捷方式的圖標不一樣

•移除源文件不會影響硬連接

•移除硬連接不會影響源文件

•若是源文件被刪除，它的內容依然經過硬連接存在

•硬連接文件的任何更改都會影響到源文件

$ln a b    # b是a所指文件的硬連接

硬連接其實是爲原文件創建一個別名，連接文件和原文件其實是同一個文件。能夠經過ls -i來查看。兩個文件的inode號是同一個，說明它們是同一個文件。它只是在文件原來的inode link count域再增長1而已，也所以硬連接是不能夠跨文件系統的。硬連接刪除的時候，系統調用會檢查inode link count的數值，若是它大於等於1，那麼inode不會被回收，所以文件的內容不會被刪除。目錄不能進行硬鏈接。目錄硬鏈接引用計數，若是造成環，刪除的時候會產生dangling dir。

 

基於文件路徑共享:符號連接（symbolic link）&軟鏈接（junction link or soft link）

爲了能使B共享A的一個文件，系統爲B創建一個類型爲link的新文件,將該文件放在B的目錄下，在新文件中只包含了目標文件的路徑名，當B讀該link類型的文件時，將被OS截獲，並根據新文件中的路徑名去讀目標文件。這種實現文件共享的方式成爲符號連接。

在這種方式下，文件主刪除被他人共享的文件後，其餘用戶再去訪問該共享文件，會因找不到文件而失敗，再將該符號鏈刪除不會形成任何影響

缺點：其餘用戶訪問共享我共享文件時，必須根據路徑中的份量名逐級檢索目錄，加大了訪問文件的開銷；儘管Link類型文件很簡單，但任需爲它配置一個索引結點，並分配一個盤塊來存放目標文件的路徑名，這樣也增長了系統的開銷。

•建立連接後的圖標和快捷方式很像

•在系統中不佔用空間

•在文件系統中不是一個單獨的文件

•在操做系統層解析

•若是源文件被刪除了，連接就沒用了

•移除源文件不會影響符號連接

•移除連接文件也不會影響源文件

$ ln –s a b    #爲a建立一個符號連接b

rm b：a不受影響

rm a：a不存在，b能被控制但沒法訪問

軟連接實質是新創建一個inode，產生一個新的文件，但這個文件的做用就是專門指向某個文件的，刪除這個軟連接文件，原來的實體原文件仍是存在的，保持不變。但要是刪除原來的文件，則相應的軟連接不可用（cat那個軟連接文件，則提示「沒有該文件或目錄」）。符號連接能夠跨文件系統，能夠跨磁盤分區，符號連接的文件類型位是l。

比較

硬連接

1.只容許文件連接，不容許目錄連接；

2.只能在同一個文件系統範圍內進行，不容許跨文件系統。

3.刪除文件時，若是還有其餘連接鏈至該文件，則該文件不能被刪除。

軟連接

1.訪問速度相對較慢，但適用範圍和靈活性更大。

2.容許目錄連接，容許在不一樣的文件系統間進行連接，這兩個文件系統能夠在同一個計算機上，也能夠在不一樣的計算機上。

3.被連接文件的刪除和符號連接的刪除是徹底獨立的

 

資料出處

1. 操做系統第八版

2. 操做系統原理、設計及應用。高等教育出版社 3. 電子科技大學計算機學院蒲曉蓉老師操做系統課件 4. 電子科技大學計算機學院薛瑞尼老師操做系統課件