【Linux】软链接与硬链接

1. 前置知识

1.1 硬盘

1.1.1 扇区

硬盘不是一大块完整的区域，而是由很多扇区组成，每个扇区的容量为 512 字节。

1.1.2 分区

硬盘的第一个扇区最重要，其中保存着主引导记录和分区表信息。在第一个扇区中，主引导记录（MBR，Master Boot Record）需要占用 446 字节，分区表为 64 字节，结束符占用 2 字节。分区表中每记录一个分区信息，需要 16 字节。综上，第一个扇区的分区表中只能记录 4 个分区信息，我们称之为主分区。

硬盘第一个扇区数据信息示意

按上文所述，第一个扇区最多创建 4 个分区，可能不能满足实际使用的需求。我们可以从第一个扇区的分区表中拿出 16 个字节，用它指向另一个分区。由于这部分空间本应写入一个主分区信息，现在却像指针一样指向另一个分区，所以称之为扩展分区。这种做法是 3 个主分区加 1 个扩展分区，然后在扩展分区中创建数个逻辑分区，从而满足多分区的需求。

严格来说，扩展分区并非实际意义上的分区，它是指向下一个分区的指针，这种指针结构将形成一个单向链表。

主分区、扩展分区、逻辑分区示意

1.2 super block

Linux 系统中的 super block 记录着整个文件系统的信息，譬如文件系统格式、文件系统中的节点数目、剩余节点情况、文件系统的大小和状态等。简而言之，super block 就像“硬盘地图”。

1.3 inode

Linux 把每个文件的权限与属性记录在 inode 中，而且每个文件占用一个独立的 inode 表格，该表格的大小默认为 128 字节，里面记录着如下信息：

该文件的访问权限（read、 write、 execute）；
该文件的所有者与所属组（owner、 group）；
该文件的大小（size）；
该文件的创建或内容修改时间（ctime）；
该文件的最后一次访问时间（atime）；
该文件的修改时间（mtime）；
文件的特殊权限（SUID、 SGID、 SBIT）；
该文件的真实数据地址（point）。

在 Linux 系统中，inode 号才是文件的唯一标识，不能靠文件名来区分。这一点和 Windows 差异较大，且和后续的硬链接有关，一定要理解。我们可以使用 ls -li 命令来查看文件的 inode 号。

1 ls -li
2 total xx
3 533124 drwxr-xr-x 9 apple apple 4096 May  4 10:22 apache-tomcat-8.5.41
4 360908 -rw-rw-r-- 1 apple apple   18 Jun  1 23:50 helloWolrd
5 360974 drwxr-xr-x 4 apple apple 4096 Jun  3 10:15 hi-cat
6 393217 drwxrwxr-x 6 apple apple 4096 May 28 09:37 program
7 518079 drwxrwxr-x 3 apple apple 4096 Mar  4 11:31 project

1.4 block

文件的实际内容保存在 block 块中，其大小可以是 1KB、2KB、4KB。上个小节提到，一个 inode 的默认大小是 128B，记录一个 block 要消耗 4B。这样看来，对于比较大的文件，inode 的空间也是不够用的。因此，当文件的 inode 被写满后，Linux 会自动分配一个 block，这个 block 会像 inode 那样记录其他 block 的信息。通过这种方式，可以把各 block 的内容串联到一起，从而读到完整的文件内容。

对于存储文件的 block 块，有两种常见情况需要了解：

文件大小不足一个 block 时，也会占用一个 block。譬如大小为 1KB 的文件，也会单独占用一个 block，这里实际浪费了 3KB。
文件大小超过一个 block 时，会占用多个 block。譬如大小为 5KB 的文件，会先用一个完整的 block 存储 4KB，剩下的 1KB 再占用一个 block。

2. Linux 中的链接

在 Windows 中，快捷方式就是指向原始文件的一个链接文件。一旦原始文件被删除或移动，链接文件就会失效。Linux 系统中的链接比 Windows 复杂，分为硬链接和软链接。

2.1 硬链接（hard link）

对一个文件而言，其实际内容存储在 block 中，且拥有唯一的 inode。我们可以将硬链接理解为指向这个 inode 的指针，系统并不会为硬链接分配独立的 inode 和 block。因此，硬链接和原始文件其实是同一个文件，只是名字或路径不同。每当我们添加一个硬链接，文件的 inode 连接数都会加一。每当我们删除一个硬链接，文件的 inode 节点数都会减一。只有当一个文件的 inode 连接数为 0 时，才会真正删除它。所以即使我们删掉原始文件，只要还有硬链接指向它，实际文件就不会被删除，我们依然可以通过硬链接来访问它。

上面的文字解释可能还不够直观，我们再用示意图来阐述。

譬如我们的磁盘上有一个文件：

使用 ln fileName newFileName 新建硬链接，示意如下：

不难看出，现在有了一个名为 fileName 的文件，还有一个 newFileName 的文件。但这两个文件实际指向相同 inode 以及 block。因此，我们修改其中一个文件，另一个文件也会随之改变。这就像编程中的“址传递”。

接下来我们看看删除操作的影响，这个部分通常会令人困惑。

删除“原始文件”：

删除硬链接：

PS：其实我认为硬链接这里是没有所谓“原始文件”的概念的。原始文件，也不过是指向这个 inode 的一个硬链接。或者我们可以这样理解，每个文件名其实就是一个硬链接。在 console 中的实验结果也符合这种观点——硬链接的类型也是“-”。

1 kitking@KitkingVM:~/link$ ls -li
2 total 4
3 7879977 -rw-rw-r-- 1 kitking kitking 4 Dec 29 15:18 test.txt
4 kitking@KitkingVM:~/link$ ln test.txt hardlink.txt
5 kitking@KitkingVM:~/link$ ls -li
6 total 8
7 7879977 -rw-rw-r-- 2 kitking kitking 4 Dec 29 15:18 hardlink.txt
8 7879977 -rw-rw-r-- 2 kitking kitking 4 Dec 29 15:18 test.txt

2.2 软链接（symbolic link）

Linux 下的软链接类似 Windows 下的快捷方式，仅包含所链接文件的路径，能够链接目录，也能跨文件系统链接。删除原始文件后，链接文件也将失效。

2.3 新建链接

Linux 的 ln 命令用于创建链接。其常用参数如下：

-s：创建软链接（如不加此参数，默认创建硬链接）；
-f：强制创建文件或目录的链接；
-i：覆盖前先询问；
-v：显示创建链接的过程。