1 Linux下的文件与目录概念
要理解文件的软硬链接 , 首先来了解了解Linux下的文件的概念吧.
在 UNIX 系统中 , 操作系统为磁盘上的文本与图像、鼠标与键盘等输入设备及网络交互等 I/O 操作设计了一组通用 API ,使他们被处理时均可统一使用字节流方式. 也即是说 , UNIX系统中除进程外一切皆文件, Linux 也保持了这一特性.
另外, 为了便于文件可被分类管理 , 且目录的引入使Linux文件系统形成一颗目录树 . 如下显示了Linux系统的顶层目录结构
/ 根目录
├── bin 存放用户二进制文件
├── boot 存放内核引导配置文件
├── dev 存放设备文件
├── etc 存放系统配置文件
├── home 用户主目录
├── lib 动态共享库
├── lost+found 文件系统恢复时的恢复文件
├── media 可卸载存储介质挂载点
├── mnt 文件系统临时挂载点
├── opt 附加的应用程序包
├── proc 系统内存的映射目录，提供内核与进程信息
├── root root 用户主目录
├── sbin 存放系统二进制文件
├── srv 存放服务相关数据
├── sys sys 虚拟文件系统挂载点
├── tmp 存放临时文件
├── usr 存放用户应用程序
└── var 存放邮件、系统日志等变化文件
Linux 与其他类 UNIX 系统一样并不区分文件与目录：目录是记录了其他文件名的文件。使用命令 mkdir 创建目录时，若期望创建的目录的名称与现有的文件名（或目录名）重复，则会创建失败。
Linux除了不区分目录 , 还把设备当成文件进行处理.
下面代码展示了如何打开设备文件 /dev/input/event5 并读取文件内容 . 文件 event5 表示一种输入设备 , 其可能是鼠标或键盘等 . 查看文件 /proc/bus/input/devices 可知 event5 对应设备的类型 . 设备文件 /dev/input/event5 使用 read() 以字符流的方式被读取。结构体 input_event 被定义在内核头文件 linux/input.h 中.
打开并读取设备文件:
int fd;
struct input_event ie;
fd = open("/dev/input/event5", O_RDONLY);
read(fd, &ie, sizeof(struct input_event));
printf("type = %d code = %d value = %d\n",
ie.type, ie.code, ie.value);
close(fd);
2 硬链接和软连接
在知道了"Linux下的万物皆文件后 , 下面我们再来深入看看文件.
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: 又称文件数据块 (data block)，数据块是记录文件真实内容的地方；
- 元数据: 文件的附加属性，如文件大小、创建时间、所有者等信息, 其中还有一个叫 inode号的东西。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。
可以用 ls -i 命令进行查看inode号 , 也可以用 stat . 然后用 mv 移动并重命名文件 glibc-2.16.0.tar.xz，其结果不影响文件的用户数据及 inode 号，文件移动前后 inode 号均为：2485677。
# stat java
File: 'java'
Size: 4096 Blocks: 8 IO Block: 4096 directory
Device: 801h/2049d Inode: 16522851 Links: 3
Access: (0775/drwxrwxr-x) Uid: ( 1000/ lowfree) Gid: ( 1000/ lowfree)
Access: 2019-11-01 14:06:31.479058447 +0800
Modify: 2019-08-28 20:52:33.092621986 +0800
Change: 2019-08-28 20:52:33.092621986 +0800
Birth: -
...
# mv /home/harris/source/glibc-2.16.0.tar.xz /home/harris/Desktop/glibc.tar.xz
# ls -i -F /home/harris/Desktop/glibc.tar.xz
2485677 /home/harris/Desktop/glibc.tar.xz
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。
2.1 硬链接
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 . 硬链接可由命令 link 或 ln 创建。如下是对文件 oldfile 创建硬链接。
硬链接可由命令 link 或 ln 创建。如下是对文件 oldfile 创建硬链接。
#link oldfile newfile
#ln oldfile newfile
硬链接是有着相同inode号仅文件名不同的文件, 因此硬链接具有下述几个特点:
- 文件有相同的inode与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.
下面是特点展示:
# ls -li
total 0
// 只能对已存在的文件创建硬连接
# link old.file hard.link
link: cannot create link `hard.link' to `old.file': No such file or directory
# echo "This is an original file" > old.file
# cat old.file
This is an original file
# stat old.file
File: `old.file'
Size: 25 Blocks: 8 IO Block: 4096 regular file
Device: 807h/2055d Inode: 660650 Links: 2
Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)
...
// 文件有相同的 inode 号以及 data block
# link old.file hard.link | ls -li
total 8
660650 -rw-r--r-- 2 root root 25 Sep 1 17:44 hard.link
660650 -rw-r--r-- 2 root root 25 Sep 1 17:44 old.file
// 不能交叉文件系统
# ln /dev/input/event5 /root/bfile.txt
ln: failed to create hard link `/root/bfile.txt' => `/dev/input/event5':
Invalid cross-device link
// 不能对目录进行创建硬连接
# mkdir -p old.dir/test
# ln old.dir/ hardlink.dir
ln: `old.dir/': hard link not allowed for directory
# ls -iF
660650 hard.link 657948 old.dir/ 660650 old.file
文件 old.file 与 hard.link 有着相同的 inode 号：660650 及文件权限，inode 是随着文件的存在而存在，因此只有当文件存在时才可创建硬链接，即当 inode 存在且链接计数器（link count）不为 0 时。
inode 号仅在各文件系统下是唯一的，当 Linux 挂载多个文件系统后将出现 inode 号重复的现象（如 下面所示，文件 t3.jpg、sync 及 123.txt 并无关联，却有着相同的 inode 号），因此硬链接创建时不可跨文件系统。设备文件目录 /dev 使用的文件系统是 devtmpfs，而 /root（与根目录 / 一致）使用的是磁盘文件系统 ext4。
下面展示了使用命令 df 查看当前系统中挂载的文件系统类型、各文件系统 inode 使用情况及文件系统挂载点。
# df -i --print-type
Filesystem Type Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sda7 ext4 3147760 283483 2864277 10% /
udev devtmpfs 496088 553 495535 1% /dev
tmpfs tmpfs 499006 491 498515 1% /run
none tmpfs 499006 3 499003 1% /run/lock
none tmpfs 499006 15 498991 1% /run/shm
/dev/sda6 fuseblk 74383900 4786 74379114 1% /media/DiskE
/dev/sda8 fuseblk 29524592 19939 29504653 1% /media/DiskF
# find / -inum 1114
/media/DiskE/Pictures/t3.jpg
/media/DiskF/123.txt
/bin/sync
硬链接不能对目录创建是受限于文件系统的设计（见 清单 4.对目录创建硬链接将失败）。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（注意目录 /mnt/lost+found/ 的 inode 号）。若系统允许对目录创建硬链接，则会产生目录环。
2.2 软链接
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。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）。
下面是软链接的特性
# ls -li
total 0
// 可对不存在的文件创建软链接
# ln -s old.file soft.link
# ls -liF
total 0
789467 lrwxrwxrwx 1 root root 8 Sep 1 18:00 soft.link -> old.file
// 由于被指向的文件不存在，此时的软链接 soft.link 就是死链接
# cat soft.link
cat: soft.link: No such file or directory
// 创建被指向的文件 old.file，soft.link 恢复成正常的软链接
# echo "This is an original file_A" >> old.file
# cat soft.link
This is an original file_A
// 对不存在的目录创建软链接
# ln -s old.dir soft.link.dir
# mkdir -p old.dir/test
# tree . -F --inodes
.
├── [ 789497] old.dir/
│ └── [ 789498] test/
├── [ 789495] old.file
├── [ 789495] soft.link -> old.file
└── [ 789497] soft.link.dir -> old.dir/
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
