【Linux编程】文件系统的分区、硬链接、软链接

首先从磁盘结构讲起。按结构从小到大区分：

扇区，固定512字节
磁道
柱面，分区时的最小单位，开始柱面到结束柱面为一个分区

第一个扇区很重要，它包括：

主引导分区MBR（446字节），内含引导加载程序Boot loader。它有如下功能：

提供菜单：可选择不同的系统进行加载，多操作系统的基础
加载内核文件：直接加载可使用的操作系统内核程序
转交其它Boot loader：跳转到其它分区，执行那个分区的Boot loader，用于启动不同操作系统

分区表（64字节），保存每个分区的起始、结束柱面。假设硬盘只有400个柱面：

P1：  1~100（/dev/sda1或C盘）
P2：101~200（/dev/sda2或D盘）
P3：201~300（/dev/sda3或E盘）
P4：301~400（/dev/sda4或F盘）

下面是开机流程：

运行BIOS
运行MBR的引导加载程序
引导加载程序读取内核
操作系统开始运行
各个应用程序启动

Linux采用索引式文件系统，每个分区包含一个文件系统。一个文件占用一个inode，inode中包含文件大部分属性，并指向了包含有实际数据的数据块。在Linux系统中，inode号才是文件的唯一标识，想要获取文件中的内容必须通过inode：



一个文件包含一个inode号和一个文件名，如上图所示，文件中就是通过这个inode号指向找到对应inode的。文件名只是方便用户使用，更换名字后，inode号不会改变：



-i选项能够显示出文件的inode号，可以看到，修改了文件名后inode号是不会改变的。

下面介绍Linux文件系统的硬链接和软链接。

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。可用link或ln命令创建硬链接：

再用stat命令查看文件属性，实际上就是读取stat结构体中的各个字段：



上图创建了一个硬链接hard_link，可以看到两个文件的inode号和属性完全相同。实际上就是两个名字不相同的文件指向了相同的inode，而inode又包含文件大部分信息，所以导致ls出来的两个文件属性一模一样。同时Links字段显示为2，表示有两个硬链接指向该inode。

接下来是软链接（符号链接）。软链接是一个独立的文件，有自己的inode和数据块，只是数据块中的内容就是所链接之文件的路径名。通过ln -s命令创建软链接：



可以看到，两个文件的inode不相同了。soft_link的硬链接数为1，表示只有一个文件指向这个inode。使用readlink命令查看符号链接本身的内容，也就是inode号为14156667的inode对应的数据块的内容：



内容就是所链接文件的路径名，与上面的描述完全吻合。

再来一张图加深理解：



下面说一下目录。Linux系统并不区分目录和文件，目录是记录了其它文件名的文件。每个目录中的.和..文件实际上是一个硬链接：



可以看到，两个文件指向同一个inode。一个文件名为.，inode号为14155777；另一个文件名为/work，inode号也为14155777.

每个叶目录（不包含其它目录的目录）都链接数总是为2，因为该目录的inode总是被上一层目录的一个目录项和本目录中的.项所指出，例如下面的dir目录是一个叶目录，它的链接数是2：



当在dir目录中再创建一个test目录后：



它的链接数变成了3，原因是子目录test中的..项现在也指向了dir目录的inode，使得链接数加1.如果再在dir中添加目录，那么链接数会依次增加。

参考：
《鸟哥的Linux私房菜》
《unix环境高级编程》 P86-P89.
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-hardandsymb-links/#fig2