Linux中的硬鏈接和軟鏈接

節選自南大蔣炎巖老師操作系統網絡課程筆記：(2021) 24 [持久化] 文件系統API

硬（hard）鏈接

UNIX文件指針

在UNIX中，文件和目錄完全不是同一個概念，雖然我們平時看著它們仿佛并列地躺在某個文件夾下。但實際上，目錄是樹狀結構組織的，而文件，卻是每個目錄指向某個文件的指針。并且，每個文件都有一個編號，可能會有多個目錄下的多個指針都指向同一個編號的文件。它們雖然存在于不同的目錄下，甚至名稱也不同，但是同一個編號的文件是完全相同的，修改也是同步的。如下圖所示：

我們可以做這樣的測試：

創建測試目錄并在其中的a.txt寫入Hello World！

mkdir test && cd test && touch a.txt
vim a.txt # 寫入 Hello World！

創建a.txt的硬鏈接b.txt：

ln a.txt b.txt

我們查看兩個文件的內容，輸出顯示都是同樣的Hello World：

cat *.txt
# 輸出：
# Hello World!
# Hello World!

這時，我們修改b.txt的內容為Hello World! Changed~，再查看兩個文件的內容：

vim b.txt		# 更改為 Hello World! Changed~
cat *.txt
# 輸出：
# Hello World! Changed~
# Hello World! Changed~

結果兩個文件都被修改了，這就是硬鏈接，我們可以通過-i參數查看文件的編號：

ls -i
# 輸出：
# 8593746 a.txt  8593746 b.txt

可以看到，兩個文件其實是同一個編號的文件的不同鏈接。即硬鏈接的圖示如下：

硬鏈接

注意：

• 目錄中僅存儲指向文件數據的指針
• 允許一個文件被多個目錄引用
• 不能鏈接目錄 ?
• 不能跨文件系統 ?

小知識：其實所有的文件都是硬連接 (ls -i 查看)

• 刪除的系統調用稱為 “unlink” (引用計數)

應用場景

可以給文件起別名，同步，省空間。

需求：系統中可能有同一個運行庫的多個版本

• libc-2.27.so, libc-2.26.so, …
• 還需要一個 “當前版本的 libc”
  • 程序需要鏈接 “libc.so.6”
  • 能否避免文件的一份拷貝？

軟（symbolic）鏈接

軟鏈接：在文件里存儲一個 “跳轉提示”，相當于”快捷方式“。

• 軟鏈接也是一個文件
  • 當引用這個文件時，去找另一個文件
  • 另一個文件的絕對/相對路徑以文本形式存儲在文件里
  • 可以跨文件系統、可以鏈接目錄、……好處多多
  • 甚至，符號鏈接可以指向一個暫時不存在的文件或目錄，只要這個不存在文件或目錄將來某天存在了，這個符號鏈接就會生效

ln -s 創建軟鏈接，用的是symlink 系統調用。現在系統中/lib下的共享庫，通常都是軟鏈接。

我們接著上面硬鏈接的例子來看一下二者的區別：

再在測試目錄下創建a.txt的軟鏈接c.txt：

ln -s a.txt c.txt

我們用-li參數查看測試目錄中的三個文件：

ls -li
# 輸出
# 8593746 -rw-rw-r-- 2 ps ps 22 10月  1 22:14 a.txt
# 8593746 -rw-rw-r-- 2 ps ps 22 10月  1 22:14 b.txt
# 8593742 lrwxrwxrwx 1 ps ps  5 10月  1 22:35 c.txt -> a.txt

在這里，b，c分別是a的硬、軟鏈接。可以看到，a和c的文件編號是不一樣的，因為它們是軟鏈接，并且可以看到，c作為a的軟鏈接，會有一個箭頭指向a。但是，它們的修改仍然是同步的，因為我們在試圖修改c的時候，系統會順著上面輸出的軟鏈接箭頭去尋找，直到找到一個真實的文件或者目錄。我們還是來試一下：

vim c.txt # 修改為Hello World! Changed~ Soft~
cat *.txt
# 輸出：
# Hello World! Changed~ Soft~
# Hello World! Changed~ Soft~
# Hello World! Changed~ Soft~

與預期一致。此時測試目錄下的鏈接關系應該如下圖所示：

軟鏈接可能帶來的麻煩

軟鏈接可以隨意創建 (當前可能不合法；但未來可能合法)，操作系統在處理軟鏈接時會執行路徑解析，，允許多次間接鏈接，會有意想不到的復雜性 ，a → b → c (遞歸解析)。可以創建軟連接的硬鏈接 (因為軟鏈接也是文件)，通過ls -i 可以看到。

符號鏈接成環？ln -s . a。所有處理符號鏈接的程序 (tree, find, …) 都要考慮遞歸的情況。它們默認遇到軟鏈接就跳過，如果加上-L參數強制使它們考慮軟鏈接的話，它們也會很小心的檢測成環和遞歸的情況并適時退出。