理解 Linux 的硬链接与软链接
2018-01-18 11:06
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Linux 的文件与目录
现代操作系统为解决信息能独立于进程之外被长期存储引入了文件,文件作为进程创建信息的逻辑单元可被多个进程并发使用。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。换言之,UNIX 系统中除进程之外的一切皆是文件,而 Linux 保持了这一特性。为了便于文件的管理,Linux 还引入了目录(有时亦被称为文件夹)这一概念。目录使文件可被分类管理,且目录的引入使 Linux 的文件系统形成一个层级结构的目录树。清单 1.所示的是普通 Linux 系统的顶层目录结构,其中 /dev 是存放了设备相关文件的目录。清单 1. Linux 系统的顶层目录结构硬链接与软链接的联系与区别
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,即文件数据块 (data block),数据块是记录文件真实内容的地方;而元数据则是文件的附加属性,如文件大小、创建时间、所有者等信息。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。图 1.展示了程序通过文件名获取文件内容的过程。图 1. 通过文件名打开文件清单 3. 移动或重命名文件
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。
清单 4. 硬链接特性展示
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)。
图 2. 软链接的访问
清单 7. 软链接特性展示
链接相关命令
在 Linux 中查看当前系统已挂着的文件系统类型,除上述使用的命令 df,还可使用命令 mount 或查看文件 /proc/mounts。mkfs -t ext4 -I 512
/
dev/sda4,将使磁盘设备 /dev/sda4 格式成 inode 大小是 512 字节的 ext4 文件系统。
清单 9. 查看系统的 inode 值
Linux VFS
Linux 有着极其丰富的文件系统,大体上可分如下几类:网络文件系统,如 nfs、cifs 等;磁盘文件系统,如 ext4、ext3 等;
特殊文件系统,如 proc、sysfs、ramfs、tmpfs 等。
实现以上这些文件系统并在 Linux 下共存的基础就是 Linux VFS(Virtual File System 又称 Virtual Filesystem Switch),即虚拟文件系统。VFS 作为一个通用的文件系统,抽象了文件系统的四个基本概念:文件、目录项 (dentry)、索引节点 (inode) 及挂载点,其在内核中为用户空间层的文件系统提供了相关的接口(见 图 3.所示 VFS 在 Linux 系统的架构)。VFS 实现了 open()、read() 等系统调并使得 cp 等用户空间程序可跨文件系统。VFS 真正实现了上述内容中:在 Linux 中除进程之外一切皆是文件。图 3. VFS 在系统中的架构
Linux VFS 存在四个基本对象:超级块对象 (superblock object)、索引节点对象 (inode object)、目录项对象 (dentry object) 及文件对象 (file object)。超级块对象代表一个已安装的文件系统;索引节点对象代表一个文件;目录项对象代表一个目录项,如设备文件 event5 在路径 /dev/input/event5 中,其存在四个目录项对象:/ 、dev/ 、input/ 及 event5。文件对象代表由进程打开的文件。这四个对象与进程及磁盘文件间的关系如图 4. 所示,其中 d_inode 即为硬链接。为文件路径的快速解析,Linux VFS 设计了目录项缓存(Directory Entry Cache,即 dcache)。图 4. VFS 的对象之间的处理
Linux 文件系统中的 inode
在 Linux 中,索引节点结构存在于系统内存及磁盘,其可区分成 VFS inode 与实际文件系统的 inode。VFS inode 作为实际文件系统中 inode 的抽象,定义了结构体 inode 与其相关的操作 inode_operations(见内核源码 include/linux/fs.h)。清单 10. VFS 中的 inode 与 inode_operations 结构体结束语
本文最初描述了 Linux 系统中文件与目录被引入的原因及 Linux 处理文件的方式,然后我们通过区分硬链接与软链接的不同,了解 Linux 中的索引节点的相关知识,并以此引出了 inode 的结构体。索引节点结构体存在在于 Linux VFS 以及实际文件系统中,VFS 作为通用文件模型是 Linux 中“一切皆是文件”实现的基础。文章并未深入 Linux VFS,也没涉及实际文件系统的实现,文章只是从 inode 了解 Linux 的文件系统的相关内容。若想深入文件系统的内容,查看内核文档 Documentation/filesystems/ 是一个不错的方式。相关文章推荐
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