硬连接和软连接的原理

yongjian_jin

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[正文开始]
引子
目前，UNIX的文件系统有很多种实现，例如UFS（基于BSD的UNIX文件系统）、ext3、ext4、ZFS和Reiserfs等等。
不论哪一种文件系统，总是需要存储数据。硬盘的最小存储单位是扇区，数据所存储的最小单位则不是扇区，因为用扇区来存储效率就太低了。一个扇区只有512字节，而磁头是一个扇区一个扇区地读取，也就是说，如果文件是10MB，那么为了读这个文件，磁头必须要进行读取20480次。这样效率是极其低下的。
逻辑块
为了提高效率，就有了逻辑块（Block）的概念，也可以叫做数据块。逻辑块是在分区进行文件系统的格式化时所指定的“最小存储单位”，这个最小存储单位是以扇区为基础的，所以逻辑块的大小总是扇区的2的n次方倍。此时，磁头可以一次读取一个块，这样效率可就高了！
逻辑块的规划是很有学问的，并不是越大越好，因为一个逻辑块最多也只能容纳一个文件（在Linux的ext2中），所以如果逻辑块被规划的太大，那么会很浪费磁盘空间。举个例子，如果一个逻辑块为4KB，而有一个文件只有0.1KB大小，而这个小文件仍然要占用一个逻辑块，因此就会浪费3.9KB的空间。
所以，在规划磁盘时，需要考虑到主机的用途。比如BBS主机，由于文章短小，文件较小，那么逻辑块分配的小一点好。如果主机主要用在存储大容量的文件，那么考虑到使用效率，还是逻辑块大一点好！
磁盘的组成
我们可以把一个磁盘分成一个或多个分区。每个分区可以包含一个文件系统。
我们下面要描述一个分层细化的过程，请您集中精力来随我思考：
1 磁盘是由一个一个分区组成的，即磁盘＝分区+分区+分区…
2 每一个分区内都有一个文件系统，且一个分区内有且仅有一个文件系统。
3 每个分区内都依次包含这些内容：自举块（也叫引导块），超级块，柱面组0，柱面组1，…柱面组n。即分区＝自举块+超级块+柱面组（若干）
4 每个柱面组又包括了这些内容：超级块副本，配置信息，i节点图（记录哪些i节点可用），块位图（记录哪些块是否可用），i节点（许多），数据块（也叫逻辑块）
好了，你应该可以根据1,2,3,4在脑海里构造出一张分层图了，如果你把它画出来，对你记忆i节点的概念会更有好处。
超级块
超级块（superblock）的作用是存储文件系统的大小、空的和填满的块，以及它们各自的总数和其他诸如此类的信息。要使用一个分区来进行数据访问，那么第一个要访问的就是超级块。所以，如果超级块坏了，那磁盘也就基本没救了。
i节点
下面要讲到i节点，就不能不提提Linux的安全性。由于Linux操作系统是一个多用户、多任务的环境，为了保护每个用户所拥有数据的隐密性，就将每个文件分成了两个部分来存储：一个是文件的属性，另一个则是文件的内容。
i节点（iinode）就是用来存储文件的属性的；而数据块（逻辑块）是用来存储文件的内容的！
如果要格式化一个分区，就要指定inode的大小和块的大小才行！更通俗的说，一个ext2文件系统是一定要包括inode表与块区域这两个部分的！
至于块，我在前面提到过，它也叫逻辑块，还叫数据块，它是数据存储的最小单位。
而inode“记录文件属性以及文件内容放置在哪一个块内”的信息，更通俗的说，inode除了包含文件的属性之外，还包括一个指针，这个指针就指向文件内容放置的数据块的位置，好让操作系统可以方便的去读取文件内容。
在inode中一般包括了这样一些文件属性信息：

• 文件的拥有者和所属用户组；
  
• 文件的访问权限设定；
  
• 文件的类型；
  
• 文件的访问、修改等时间
  
• 文件的大小；
  
• 文件的各种标志，如SUID和SGID等；
  
• 指向文件内容数据块的指针。

一个inode的大小通常为128字节。（在ext4中这个知识将被颠覆，ext4中的inode大小将扩展到256字节）
好，下面就来看看到底我们怎么利用inode来管理文件呢？
目录
先来看看有关目录操作的细节：
如果我们建立了一个目录，那么系统会分配给该目录一个inode和至少一个块。这个inode就记录该目录的相关属性，并将其中的指针指向分配的那个数据块。而所分配的块内则记录了这个目录下的相关文件（和子目录）的关联性，更通俗的说，目录块中存储了一个包括三列的表，三列分别为：inode，文件名或目录名，指向数据块的指针。
我们用vi命令来查看一下一个目录的内容到底是什么：（当然这只是用户看到的，和文件系统的底层实现是不同的。）
" ============================================================================
" Netrw Directory Listing                                        (netrw v109)
"   /rocrocket/PSB/home/git27
"   Sorted by      name
"   Sort sequence: [\/]$,\.h$,\.c$,\.cpp$,\.[a-np-z]$,*,\.info$,\.swp$,\.o$\.obj$,\.bak$
"   Quick Help: :help  -:go up dir  D:delete  R:rename  s:sort-by  x:exec
" ============================================================================
../
./
.git/
roc.c
双引号开头的是注释部分，而后紧跟着四个项，前两个是任何目录都固有的“上级目录”和“当前目录”，而后是一个隐藏目录.git，最后是一个当前目录下的文件roc.c。可见，一个目录其实也是一个文件，只不过它其中不存储用户数据，而是存储目录下的文件和子目录列表。
如果在Linux中新建一个普通文件，则系统会为该文件分配至少一个inode与相对于该文件大小的块数量。例如，假设一个块为4KB，要建一个100KB的文件，则Linux将分配一个inode与25个块来存储该文件。
有一点要特别！特别！特别！提醒的是：inode本身并不记录文件名，而是记录文件的相关的属性（在上文提到过的那些属性），文件名则记录在目录所属的块区域。正因为这个原因，使得如果Linux读取一个文件的内容，就要先由根目录/获取该文件的上层目录所在的inode，再由该目录所记录的的文件关联性获取该文件的inode，最后通过inode内提供的块指针来获取最终的文件内容。
链接计数
而当谈到链接数的时候，这里我还要提出一些概念和几个规律性的结论：
每个i节点中都存有一个链接计数，其值是指向该i节点的目录项数。
只有当链接技术减少到0时，才可删除该文件（也就是释放该文件占有的数据块）
能够增加链接数的链接为硬链接。
软链接也叫符号链接，它的inode的文件类型是S_IFLNK。它只是存储了另一个文件的路径和名称而已。
任何一个叶目录（不包含任何其他目录的目录）的链接计数总是2，数值2来自于命名该目录的目录项以及在该目录中的.项。
父目录中的每一个子目录都会使该父目录的链接计数增1。
精彩引文
最后给出csdn网上qxp网友的一段关于软链接和硬链接的评论，很不错：
我们知道unix文件大致可以分为这样三部分：目录（文件名），inode   和数据区。
对于复制来说，不仅仅创建了新的目录项（文件名），新的inode，还复制了该文件的所有数据；
而硬连结则仅仅创建了新的目录项，并且在目录项中相应的inode编号被连结到相应的文件的inode编号，同时，该文件的inode引用计数加1；
这样，你删除原来的文件时候，文件数据并不会被删除，因为inode结点引用计数>0,所以，通过硬连结还能继续访问。
换句话说，硬连接使得该文件存在另外一个别名，也就是另外一个入口。
顺便说一下软连结，就是符号连结，其实就相当于是windows下的快捷方式。
创建了一个新的目录项，一个新的inode，只不过数据区里放的是被引用的文件路径和名称。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/89237/showart_1901296.html