幾個基本概念

Linux下的鏈接文件可以分為硬鏈接（hard link）與軟鏈接（soft link）。要理解它們，必須先要理解幾個基本概念。

inode

文件除了純數(shù)據(jù)本身之外，還必須包含有對這些純數(shù)據(jù)的管理信息，如文件名、訪問權(quán)限、文件的屬主以及該文件的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的磁盤塊等等，這些管理信息稱之為元數(shù)據(jù)（mata data），保存在文件的inode節(jié)點之中。我們可以通過stat命令查看一個文件的inode信息：

$ stat /etc/passwd
  File: "/etc/passwd"
  Size: 936             Blocks: 8          IO Block: 4096   普通文件
Device: fd00h/64768d    Inode: 137143      Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2016-08-05 23:01:39.905999995 +0800
Modify: 2016-07-15 16:36:12.802999997 +0800
Change: 2016-07-15 16:36:12.809000014 +0800

$ ls -l /etc/passwd
-rw-r--r-- 1 root root 936 7月  15 16:36 /etc/passwd

這里我們查看了/etc/passwd文件的元數(shù)據(jù)信息。ls -l命令也會列出一些文件的元數(shù)據(jù)信息（由左至右分別為：權(quán)限、硬鏈接數(shù)、屬主、屬組、文件大小、最近更改時間、文件名），但相比之下，stat命令輸出的信息更加完整。我們注意到，stat輸出的信息中，文件有三個時間戳：最近訪問、最近更改和最近改動，對應(yīng)于英文分別為Access、Modify和Change。 Access time比較好理解，當(dāng)每次訪問這個文件的數(shù)據(jù)（注意，不是元數(shù)據(jù)），這個時間就會更新。比如用cat或者more命令讀取文件內(nèi)容時，會更新access time，而用ls或者stat命令，由于只是訪問了文件的inode，所以不會更新access time值。Modify time是文件數(shù)據(jù)最后一次被修改時間，比如用vim編輯文件后保存文件，此時就會更新該文件modify time。Change time是文件元數(shù)據(jù)（即inode）最后一次被修改的時間，比如用chown命令修改文件的屬主，此時就會更新文件的change time。

其實最初當(dāng)我們創(chuàng)建分區(qū)并用mkfs.ext4等命令創(chuàng)建文系統(tǒng)的時候，就已經(jīng)在文件系統(tǒng)的固定區(qū)域保留了inode節(jié)點區(qū)。我們可以通過df -i命令查看某文件系統(tǒng)inode節(jié)點區(qū)域的大小及使用情況：

# df -ih /dev/mapper/pdc_bcfaffjfaj2

文件系統(tǒng)                    Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 掛載點                                                            

/dev/mapper/pdc_bcfaffjfaj2   18M    127K     18M       1% /home   

可以看到，在筆者的Linux Mint17.3系統(tǒng)中，分區(qū)/dev/mapper/pdc_bcfaffjfaj2共保留了18M的inode區(qū)域，這個區(qū)域目前已經(jīng)使用了127K。有沒有可能出現(xiàn)某分區(qū)尚有空間而inode區(qū)域已用完的情況呢？有的。當(dāng)小文件特別多的時候就會出現(xiàn)這種情況！這個時候即使文件系統(tǒng)還有空間可用，但我們?nèi)匀粺o法繼續(xù)在這個文件系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建新的文件了。那假如在我的應(yīng)用環(huán)境中真的小文件非常多該怎么辦？其實我們在建立ext4文件系統(tǒng)時候是可以手動指定inode區(qū)域所占的比例大小的，可以man mkfs.ext4查看相關(guān)的參數(shù)和選項，這里不再詳述。

剛才用stat查看文件的inode信息時，我們看到輸出的信息中有一行Inode: 137143，這個是/etc/passwd文件的inode號。每個inode都有一個全文件系統(tǒng)唯一的inode號，操作系統(tǒng)內(nèi)核正是通過inode號而非文件名來識別不同的文件。文件名僅僅是為了方便用戶使用而已，內(nèi)核是通過文件名找到inode，然后通過inode訪問實際文件數(shù)據(jù)的。有沒有可能有多個文件名對應(yīng)于同一個inode呢？有的，這樣就產(chǎn)生了所謂硬鏈接文件。

dentry

雖然每個文件對應(yīng)了唯一的inode號，但inode號是雜亂而毫無意義的，不方面用戶記憶和使用，我們希望對每個文件取一個有意義的文件名?，F(xiàn)代文件系統(tǒng)提供的一個基本功能是按名存取，所以我們還需要建立文件名到inode號的對應(yīng)，這就引出了目錄項（directory entry即dentry）的概念。在Linux文件系統(tǒng)中有一類特殊的文件稱為“目錄”，目錄就保存了該目錄下所有文件的文件名到inode號的對應(yīng)關(guān)系，這里的每個對應(yīng)關(guān)系就稱為一個dentry。而Linux把所有的文件和目錄構(gòu)建成了一個倒立的樹狀結(jié)構(gòu)，這樣，我們只要確定了根目錄的inode號，就可以對整個文件系統(tǒng)進行按名存取了。

hard link

硬鏈接的實質(zhì)是現(xiàn)有文件在目錄樹中的另一個入口。也就是說，硬鏈接與原文件是分居于不同或相同目錄下的的dentry而已，它們指向同一個inode，對應(yīng)于相同的磁盤數(shù)據(jù)塊（data block），具有相同的訪問權(quán)限、屬性等。簡而言之，硬鏈接其實就是給現(xiàn)有的文件起了一個別名。如果把文件系統(tǒng)比喻成一本書的話，硬鏈接就是在書本的目錄中，有兩個目錄項指向了同一頁碼的同一章節(jié)。

硬鏈接的優(yōu)點是幾乎不占磁盤空間（因為僅僅是增加了一個目錄項而已），但是這一優(yōu)點相對于軟鏈接其實并不明顯（因為軟鏈接占用的磁盤空間也很少）。另外，硬鏈接有以下一些局限：1、不能跨文件系統(tǒng)創(chuàng)建硬鏈接。原因很簡單，inode號只有在一個文件系統(tǒng)內(nèi)才能保證是唯一的，如果跨越文件系統(tǒng)則inode號就可能重復(fù)。2、不能對目錄創(chuàng)建硬鏈接。原因我在稍后解釋。正因為硬鏈接的這些局限，加之軟鏈接更加易于管理，所以軟鏈接更加常用。這一點在本文中舉的例子也可以看出，幾乎都是軟鏈接的例子。

soft link

軟鏈接又稱為符號鏈接（symbolic link），簡寫為“symlink”。與硬鏈接僅僅是一個目錄項不同，軟連接本身也是文件，不過這個文件的內(nèi)容是另一個文件名的指針。當(dāng)Linux訪問軟鏈接時，它會循著指針找出含有實際數(shù)據(jù)的目標文件。我們還以書本來打比方，軟鏈接是書本里的某一章節(jié)，不過這一章節(jié)什么內(nèi)容都沒有，只有一行字“轉(zhuǎn)某某章某某頁”。

軟鏈接可以跨越文件系統(tǒng)指向另一個分區(qū)的文件，甚至可以跨越主機指向遠程主機的一個文件，也可以指向目錄。在ls -l輸出的文件列表中，第一個字段有“l”字樣者表示該文件是符號鏈接。

$ ls -l
total 0
lrwxrwxrwx 1 wjm wjm 11 Aug 10 00:51 hh -> /etc/passwd

我們看到，軟鏈接的權(quán)限為777，即所有權(quán)限都是開放的，實際上你也無法使用chmod命令修改其權(quán)限，但是實際文件的保護權(quán)限仍然起作用。

另外，符號鏈接可以指向不存在的文件（可能是原來指向的文件被刪除了，或者指向的文件系統(tǒng)尚未掛載，或者最初建立該符號鏈接的時候就指向了一個不存在的文件等等），我們稱這種狀態(tài)為“斷裂”（broken）。與之相對的是，硬鏈接是不能指向一個不存在的文件的。

使用鏈接有何好處？

我們在此總結(jié)使用鏈接文件的以下幾個的好處：

保持軟件的兼容性
例如，在RHEL6中我們看下面這條命令的輸出：

$ ls -l /bin/sh
lrwxrwxrwx. 1 root root 4 Jul 15 11:41 /bin/sh -> bash

我們看到，/bin/sh文件其實是一個指向/bin/bash的符號鏈接。為什么要這樣設(shè)計？因為幾乎所有的shell script的第一行都是下面這樣：

#!/bin/sh

“#！”符號表示該行指定該腳本所用的解釋器。#！/bin/sh表示使用Bourne Shell作為解釋器，這是一個早期的Shell。在現(xiàn)代的Linux發(fā)行版中通常采用Bourne Again Shell即bash，bash是對sh的改進和增強，而早期的Bourne Shell在系統(tǒng)的中根本不存在。為了能夠順利的運行腳本而不必修改shell script，我們只需要創(chuàng)建一個軟鏈接/bin/sh讓其指向/bin/bash。如此一來，就可以讓bash來解釋原本針對Bourne Shell編寫的腳本了。

方便軟件的使用
比如我們安裝了一個大型軟件Matlab，它可能默認安裝在/usr/opt/Matlab目錄下，它的可執(zhí)行文件位置在/usr/opt/Matlab/bin目錄下，除非你在這個路徑加入到PATH環(huán)境變量里，否則每次運行這個軟件你都需要輸入一長串的路徑很不方便。你還可以這樣做：

$ ln -s /usr/opt/Matlab/bin/matlab ~/bin/matlab

通過在你的~/bin下創(chuàng)建一個符號鏈接（~/bin系統(tǒng)默認已經(jīng)包含在PATH環(huán)境變量里的），今后在命令行下無需輸入完整路徑，只需輸入matlab即可。

維持舊的操作習(xí)慣
比如在SuSE中，啟動腳本的位置是放在/etc/init.d目錄下，而在RedHat的發(fā)行版中，是放在/etc/init.d/rc.d目錄下。為了避免因為從SuSE轉(zhuǎn)換到RedHat系統(tǒng)而導(dǎo)致管理員找不到位置的情況，我們可以創(chuàng)建一個符號鏈接/etc/init.d使其指向/etc/init.d/rc.d即可。事實上，RedHat發(fā)行版也正是這樣做的：

$ ls -ld /etc/init.d/
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jul 15 11:41 init.d -> rc.d/init.d

方便系統(tǒng)管理
最讓人印象深刻的一個例子應(yīng)該是/etc/rc.d/rcX.d目錄下的符號鏈接了（X為0~7數(shù)字）。

$ ls -l /etc/rc.d/
total 60
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 init.d
-rwxr-xr-x. 1 root root  2617 Nov 23  2013 rc
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc0.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc1.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc2.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc3.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc4.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc5.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Jul 15 16:36 rc6.d
-rwxr-xr-x. 1 root root   220 Nov 23  2013 rc.local
-rwxr-xr-x. 1 root root 19688 Nov 23  2013 rc.sysinit

在init.d/目錄下有許多用于啟動、停止系統(tǒng)服務(wù)的腳本，如sshd、crond等。這些腳本可以接受一個參數(shù)，代表要啟動（start）或停止（stop）服務(wù)。為了決定在某個運行級別運行哪些腳本及傳遞給這些腳本哪些參數(shù)，RedHat設(shè)計了一個額外的目錄機制，即rc0.d到rc6.d的7個目錄，每個目錄對應(yīng)一個運行級別。如果在某運行級別下需要啟動某服務(wù)或者需要停止某服務(wù)，就在對應(yīng)的rcX.d目錄下建立一個符號鏈接，指向init.d/目錄下的腳本。如：

$ ls -l /etc/rc.d/rc3.d
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 15 11:42 K10saslauthd -> ../init.d/saslauthd
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 15 11:42 K50netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 21 Jul 15 11:42 K87restorecond -> ../init.d/restorecond
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 15 11:42 K89rdisc -> ../init.d/rdisc
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jul 15 11:44 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 15 11:42 S08ip6tables -> ../init.d/ip6tables
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Jul 15 11:42 S08iptables -> ../init.d/iptables
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 15 11:42 S10network -> ../init.d/network
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 15 11:44 S11auditd -> ../init.d/auditd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 15 11:42 S12rsyslog -> ../init.d/rsyslog
... ....

這里列出了在運行級3下需要運行的服務(wù)腳本及對應(yīng)的參數(shù)，其中符號鏈接的第一個字母S和K分別表示傳遞參數(shù)start和stop，后面跟著的兩位數(shù)字表示腳本運行的先后順序。這樣一來，只要在rcX.d目錄下新增或者移除鏈接，就可以控制各個runlevel需要運行哪些服務(wù)腳本；而如果需要修改某個服務(wù)腳本，只需要編輯init.d/目錄下的文件（“本尊”），而它可以影響所有rcX.d目錄下的軟鏈接（“分身”）。這是多么簡潔而巧妙的設(shè)計!

ln命令

我們用ln命令創(chuàng)建硬鏈接或者軟鏈接。其語法為：

ln [options] file link

此命令的第一種形式會創(chuàng)建一個指向file的新的鏈接，其中options選項，我們只記住一個就行，-s表示創(chuàng)建軟鏈接，而默認會創(chuàng)建硬鏈接。例如：

# ln -s /usr/src/linux-2.6.32 /usr/src/linux

這里，我們創(chuàng)建了一個符號鏈接/usr/src/linux，指向真實的Linux源代碼目錄/usr/src/linux-2.6.32。

我們再舉一個例子，演示一下軟鏈接與硬鏈接的區(qū)別，我們創(chuàng)建一個myfile文件，然后再創(chuàng)建一個指向該文件的軟鏈接myslink和硬鏈接myhlink：

$ $ echo "an example." > myfile
$ ln -s myfile myslink
$ ls myfile myhlink

使用stat檢查前述文件：

$ stat my*
  File: `myfile'
  Size: 12          Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd00h/64768d    Inode: 11552       Links: 2
Access: (0664/-rw-rw-r--)  Uid: (  500/     wjm)   Gid: (  500/     wjm)
Access: 2016-08-10 03:59:54.421017669 +0800
Modify: 2016-08-10 03:59:54.421017669 +0800
Change: 2016-08-10 04:00:08.689000105 +0800
  File: `myhlink'
  Size: 12          Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd00h/64768d    Inode: 11552       Links: 2
Access: (0664/-rw-rw-r--)  Uid: (  500/     wjm)   Gid: (  500/     wjm)
Access: 2016-08-10 03:59:54.421017669 +0800
Modify: 2016-08-10 03:59:54.421017669 +0800
Change: 2016-08-10 04:00:08.689000105 +0800
  File: `myslink' -> `myfile'
  Size: 6           Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: fd00h/64768d    Inode: 11553       Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: (  500/     wjm)   Gid: (  500/     wjm)
Access: 2016-08-10 04:00:03.784997923 +0800
Modify: 2016-08-10 04:00:03.784997923 +0800
Change: 2016-08-10 04:00:03.784997923 +0800

仔細觀察myfile和myhlink，發(fā)現(xiàn)它們指向同一個inode（inode號同為11552）。硬鏈接數(shù)（Links字段）同為2，這表示有兩個目錄項指向該inode，每增加一個硬鏈接Links字段值就會增加1。而myslink文件，我們發(fā)現(xiàn)它的inode號與前兩個不同，其訪問權(quán)限為0777。我們刪除myhlink這個硬鏈接，看看會出現(xiàn)什么變化？這次我們用ls -il命令來查看：

$ rm myfile

$ ll -li
total 4
11552 -rw-rw-r-- 1 wjm wjm 12 Aug 10 03:59 myhlink
11553 lrwxrwxrwx 1 wjm wjm  6 Aug 10 04:00 myslink -> myfile

$ cat myhlink
an example.

$ cat myslink
cat: myslink: No such file or directory

ls命令的-i選項也可以輸出文件的inode號。輸出信息的第三列為硬鏈接數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)刪除了myfile文件后，myhlink的硬鏈接數(shù)已經(jīng)由2變?yōu)?了,但是原myfile文件的數(shù)據(jù)依然可以通過myhlink這個硬鏈接訪問，因為硬鏈接是通過文件的inode號來訪問文件數(shù)據(jù)的。然而通過myslink軟鏈接卻無法再訪問原myfile文件的數(shù)據(jù)了，因為軟鏈接實質(zhì)上是一個指向目標文件的全路徑，這個路徑中任何一個環(huán)節(jié)斷裂，都會使這個軟鏈接失效。

追隨鏈接

自從了軟連接，當(dāng)你要備份、復(fù)制或者移動目錄或者文件時候，會出現(xiàn)是否要“追隨鏈接”的問題。如果是，則會復(fù)制鏈接所指向的對象；如果不是，則僅僅操作鏈接本身。

通常如tar或cp之類的命令工具會給出是否追隨鏈接的選項。如cp，你可以使用-L選項表示追隨鏈接（復(fù)制鏈接所指向的目標），或者用-P表示不追隨鏈接（復(fù)制鏈接本身）。如下例：

$ mkdir dir1
$ ln -s /tmp/a.txt dir1/slink
$ cp -rL dir1 dir2
$ ls -l dir2
total 0
-rw-rw-r-- 1 wjm wjm 0 Aug  6 17:02 slink

這里我們在dir1目錄下創(chuàng)建了一個軟鏈接，當(dāng)用-L選項將其復(fù)制到dir2目錄下時，我們看到dir2目錄下的slink現(xiàn)在成為一個普通文件。如果使用-P選項（保存鏈接）復(fù)制，則復(fù)制后的文件依然是一個軟鏈接：

$ cp -rP dir1 dir3
$ ls -l dir3
total 0
lrwxrwxrwx 1 wjm wjm 10 Aug  6 17:07 slink -> /tmp/a.txt

假如沒有明確指定-L或者-P選項，則cp的默認行為將隨版本而定。

目錄的硬鏈接

前文提到過，無法對一個目錄創(chuàng)建硬鏈接。但其實目錄是存在硬鏈接的，只是這個硬鏈接是系統(tǒng)自動創(chuàng)建的，而我們不能手動創(chuàng)建。當(dāng)我們用mkdir創(chuàng)建一個空目錄時，會發(fā)現(xiàn)這個目錄的硬鏈接數(shù)為2，例如：

$ ls -dl ~
drwx------. 6 wjm wjm 4096 Aug 10 04:25 /home/wjm

$ cd ~
$ mkdir mydir

$ ls -dli ~
8605 drwx------. 7 wjm wjm 4096 Aug 10 04:25 /home/wjm

$ ls -dli mydir
11556 drwxrwxr-x 2 wjm wjm 4096 Aug 10 04:25 mydir

原先/home/wjm目錄的硬鏈接數(shù)量為6，當(dāng)在/home/wjm下創(chuàng)建了一個空目錄mydir后，它的硬鏈接數(shù)量變成了7，而這個空目錄mydir的硬鏈接數(shù)為2。這是為什么呢？原因是任何一個目錄下，都有兩個隱藏的硬鏈接：

ls -ali mydir
total 8
11556 drwxrwxr-x  2 wjm wjm 4096 Aug 10 04:25 .
 8605 drwx------. 7 wjm wjm 4096 Aug 10 04:25 ..

我們看到mydir目錄下有兩個隱藏的硬鏈接，使用ls的-a選項才能使其列出來。其中一個硬鏈接是“.”，指向的inode號為11556，就是mydir這個目錄本身的inode號；另一個是“..”，通過inode號我們發(fā)現(xiàn)它指向了其父目錄/home/wjm。因此，當(dāng)創(chuàng)建了空目錄mydir后，mydir的硬鏈接數(shù)為2，而其父目錄的硬鏈接數(shù)加1。所以一個目錄的硬鏈接數(shù)=其子目錄數(shù)+2。

這種硬鏈接是系統(tǒng)自動為我們創(chuàng)建的，而當(dāng)你試圖手動創(chuàng)建一個指向目錄的硬鏈接時，系統(tǒng)一定會報錯阻止你這樣做。為什么呢？

其實在UNIX操作系統(tǒng)的歷史上，對目錄創(chuàng)建硬鏈接曾經(jīng)是允許的。但人們發(fā)現(xiàn)，這樣做會出現(xiàn)很多問題，尤其是一些對目錄樹進行遍歷操作的如fsck、find等命令無法正確執(zhí)行。在《Unix高級環(huán)境編程》中提到作者Steven在自己的系統(tǒng)上做過實驗，結(jié)果是：創(chuàng)建目錄硬鏈接后，文件系統(tǒng)變得錯誤百出。因為這樣做會破壞文件系統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)，可能會使目錄之間出現(xiàn)環(huán)。例如：

$ ln ~ ~/mydir/myhdir_link
ln: `/home/wjm': hard link not allowed for directory

$ ln -s ~ ~/mydir/myhdir_link

這里第一條命令我們試圖在mydir目錄下創(chuàng)建一個硬鏈接指向其父目錄，然而失敗了。因為這使得/home/wjm和/home/wjm/mydir兩個目錄之間形成一個環(huán)，我們無法再區(qū)分這兩者誰是父目錄誰是子目錄了。然而第二條命令創(chuàng)建一個指向其父目錄的軟鏈接卻可以成功，難道這樣不是同樣形成了一個環(huán)嗎？

為什么軟鏈接可以指向目錄而硬鏈接不行呢？根本原因在于軟鏈接實質(zhì)上是一個文件，而硬鏈接實質(zhì)上是一個目錄項（dentry）。在linux系統(tǒng)中，每個文件(目錄也是文件，軟鏈接也是文件)都對應(yīng)著一個inode結(jié)構(gòu)，其中inode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含了文件類型(目錄，普通文件，符號連接文件等等)的信息，也就是說操作系統(tǒng)在遍歷目錄時可以判斷出符號連接。既然可以判斷出符號連接當(dāng)然就可以采取一些措施來防范進入死循環(huán)了，系統(tǒng)在連續(xù)遇到8個符號連接后就停止遍歷，這就是為什么對目錄符號連接不會進入死循環(huán)的原因了。而“硬鏈接”本質(zhì)上是“目錄項”的同義詞。當(dāng)一個目標第一次被創(chuàng)建，就會為它創(chuàng)建一個目錄項，這其實就是硬鏈接。大多數(shù)人常常把“硬鏈接”聯(lián)想成為一個已有的對象創(chuàng)建一個額外的目錄項，但其實是原來的目錄項沒有任何特殊，所有的硬鏈接都是平等的，所以Linux內(nèi)核沒有方法能識別出哪個是“原文件”哪個是“硬鏈接”。這樣對于由于目錄硬鏈接而形成的環(huán)就無法進行合適的處理。

但是根目錄是一個特例。我們觀察：

$ ls -dli /
2 dr-xr-xr-x. 22 root root 4096 Aug 10 00:50 /


$ ls -ali /
total 102
     2 dr-xr-xr-x. 22 root root  4096 Aug 10 00:50 .
     2 dr-xr-xr-x. 22 root root  4096 Aug 10 00:50 ..
... ...

可見這里根目錄的inode號為2，而且根目錄下的指向其父目錄的隱藏硬鏈接（..）也指向了自身。