链接文件系统：inode、硬链接和软连接 ​

前言：在任何操作系统中，除了我们平常经常接触的各类存储文件中，还包括一类特殊类型文件：链接文件。他们本质作用都是高效、快速链接到源文件。

inode ​

在了解链接文件之前，我们需要对文件储存结构有个基本认识，其中就涉及到inode。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是4KB，即连续八个 sector组成一个 block。

文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。

1. 存储内容

• 文件的字节数
• 文件拥有者的User ID
• 文件的Group ID
• 文件的读、写、执行权限
• 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。
• 链接数，即有多少文件名指向这个inode
• 文件数据block的位置

# 查看 inode信息
stat a.txt

2. inode大小

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。

3. inode号码

每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件。

这里值得重复一遍，Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。

实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：

ls -i a.txt

4. 目录文件

Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。

目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。

# ls命令只列出目录文件中的所有文件名：
ls /etc
# ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：
ls -i /etc
#如果要查看文件的详细信息，就必须根据inode号码，访问inode节点，读取信息。
# ls -l命令列出文件的详细信息。
ls -l /etc

5. 作用

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。

2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。

3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

6. 弊端

如下场景内可能是inode引起的问题：

在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了66%，还有12G的剩余空间，按理说不会出现这种问题。 后来用df -i查看了一下/data分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。

链接文件 ​

Linux操作系统中的“链接文件”分为硬链接（hard link）和软链接（symbolic link）。两种链接的本质区别在于inode。

• 硬链接：当系统要读取一个文件时，会先读inode信息，然后再根据inode中的信息到块领域将数据取出来。而硬链接是直接再建立一个inode链接到文件放置的块领域，即进行硬连接时该文件内容没有任何变化，只是增加了一个指向这个文件的inode，并不会额外占用磁盘空间。

  硬链接存在限制：

  1. 不能跨文件系统，因为不同的文件系统有不同的inode table
  2. 不能链接目录

• 软链接：与硬链接不同，软链接是建立一个独立的文件，当读取这个链接文件时，它会把读取的行为转发到该文件所链接的文件上。举个例子：现在有一个文件a，我们做了一个软链接文件b，b指向a，当读取b时，b就会把读取的动作转发到a上，这样就读取了文件a。当我们删除文件a时，链接文件b不会被影响，但如果再次读取b时，会提示无法打开文件；然而当我们删除b时，不会对文件a造成任何影响。

两者区别：

• 硬链接记录的是目标的inode，软链接记录的是目标的路径。
• 软链接就像是快捷方式，而硬链接就像是备份。
• 软链接可以做跨分区的链接，而硬链接由于inode的缘故，只能在本分区中做链接。所以，软链接的使用频率要高很多。

硬链接 ​

一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。

但是，Unix/Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。

这意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是，删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。

# ln命令可以创建硬链接
ln [源文件] [目标文件]

运行上面这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增加1。反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域。

这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时，默认会生成两个目录项：".“和”…"。前者的inode号码就是当前目录的inode号码，等同于当前目录的"硬链接"；后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码，等同于父目录的"硬链接"。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于2加上它的子目录总数（含隐藏目录）,这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的".硬链接“。

软链接 ​

除了硬链接以外，还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。

这意味着，文件A依赖于文件B而存在，如果删除了文件B，打开文件A就会报错：“No such file or directory”。

这是软链接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。

# 创建软链接
ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录
# 软链接 都会带-> 指向原文件

在 pnpm 中的应用 ​