淺析Linux下的鏈接文件

王繼敏

【摘 要】Linux在其文件系統(tǒng)中引入了鏈接文件用于方便用戶使用和系統(tǒng)管理。本文對Linux下的鏈接文件的實質(zhì)、分類、用途進行了分析和綜述。

【關(guān)鍵詞】Linux；鏈接文件

0 引言

鏈接文件在Linux的文件系統(tǒng)中扮演重要角色，而其背后又涉及到索引節(jié)點（index node，又稱inode）這一概念。索引節(jié)點是Linux虛擬文件系統(tǒng)（VFS）的基本概念之一。通過剖析鏈接文件的實質(zhì)，理解鏈接文件的分類與區(qū)別，可以讓Linux的普通用戶和管理員正確而有效的使用鏈接文件。

1 幾個基本概念

要理解Linux下鏈接文件的實質(zhì)，需要先理解索引節(jié)點（inode）和目錄項（dentry）這兩個基本概念。

在Linux文件系統(tǒng)中，一個文件除了純數(shù)據(jù)本身之外，還必須包含有對這些純數(shù)據(jù)的管理信息，如訪問權(quán)限、文件的屬主以及該文件的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的磁盤塊等等，這些管理信息稱之為元數(shù)據(jù)（mata data），保存在文件的inode節(jié)點之中。[1]

每個inode都有一個全文件系統(tǒng)唯一的inode號，操作系統(tǒng)內(nèi)核正是通過inode號而非文件名來識別不同的文件。文件名僅僅是為了方便用戶使用而已，內(nèi)核是通過文件名找到inode，然后通過inode訪問實際文件數(shù)據(jù)的。

雖然每個文件對應(yīng)了唯一的inode號，但inode號是雜亂而毫無意義的，不方面用戶記憶和使用，用戶希望對每個文件取一個有意義的文件名。現(xiàn)代文件系統(tǒng)提供的一個基本功能是按名存取，所以還需要建立文件名到inode號的對應(yīng)，這就引出了目錄項（directory entry即dentry）的概念。在Linux文件系統(tǒng)中有一類特殊的文件稱為“目錄”，目錄就保存了該目錄下所有文件的文件名到inode號的對應(yīng)關(guān)系，這里的每個對應(yīng)關(guān)系就稱為一個dentry。而Linux把所有的文件和目錄構(gòu)建成了一個倒立的樹狀結(jié)構(gòu)，這樣，只要確定了根目錄的inode號，就可以對整個文件系統(tǒng)進行按名存取了。

2 鏈接文件的分類

Linux下的鏈接文件可以分為硬鏈接和軟鏈接。

硬鏈接的實質(zhì)是現(xiàn)有文件在目錄樹中的另一個入口。也就是說，硬鏈接與原文件是分居于不同或相同目錄下的的dentry而已，它們指向同一個inode，對應(yīng)于相同的磁盤數(shù)據(jù)塊（data block），具有相同的訪問權(quán)限、屬性等。[2]簡而言之，硬鏈接其實就是給現(xiàn)有的文件起了一個別名。如果把文件系統(tǒng)比喻成一本書的話，硬鏈接就是在書本的目錄中，有兩個目錄項指向了同一頁碼的同一章節(jié)。

硬鏈接的優(yōu)點是幾乎不占磁盤空間（因為僅僅是增加了一個目錄項而已），但是這一優(yōu)點相對于軟鏈接其實并不明顯（因為軟鏈接占用的磁盤空間也很少）。另外，硬鏈接有以下一些局限：1）不能跨文件系統(tǒng)創(chuàng)建硬鏈接。原因很簡單，inode號只有在一個文件系統(tǒng)內(nèi)才能保證是唯一的，如果跨越文件系統(tǒng)則inode號就可能重復(fù)。2）不能對目錄創(chuàng)建硬鏈接。原因我在稍后解釋。正因為硬鏈接的這些局限，加之軟鏈接更加易于管理，所以軟鏈接更加常用。

軟鏈接又稱為符號鏈接（symbolic link），簡寫為“symlink”。與硬鏈接僅僅是一個目錄項不同，軟連接實質(zhì)上本身也是個文件，不過這個文件的內(nèi)容是另一個文件名的指針。當(dāng)Linux訪問軟鏈接時，它會循著指針找出含有實際數(shù)據(jù)的目標(biāo)文件。同樣用書本來打個比方，軟鏈接是書本里的某一章節(jié)，不過這一章節(jié)什么內(nèi)容都沒有，只有一行字“轉(zhuǎn)某某章某某頁”。

3 兩種鏈接文件的區(qū)別

軟鏈接可以跨越文件系統(tǒng)指向另一個分區(qū)的文件，甚至可以跨越主機指向遠程主機的一個文件，也可以指向目錄。當(dāng)創(chuàng)建了一個軟鏈接文件后，它的權(quán)限為777，即所有權(quán)限都是開放的，實際上你也無法使用chmod命令修改其權(quán)限，但是實際文件的保護權(quán)限仍然起作用。

軟鏈接還可以指向不存在的文件（可能是原來指向的文件被刪除了，或者指向的文件系統(tǒng)尚未掛載，或者最初建立該符號鏈接的時候就指向了一個不存在的文件等等），此時稱這種狀態(tài)為“斷裂”（broken）。與之相對的是，硬鏈接是不能指向一個不存在的文件的。

另外，在Linux上創(chuàng)建一個指向目錄的軟鏈接是允許的，但是卻不能創(chuàng)建一個指向目錄的硬鏈接。其實在UNIX操作系統(tǒng)的歷史上，對目錄創(chuàng)建硬鏈接曾經(jīng)是允許的。但人們發(fā)現(xiàn)，這樣做會出現(xiàn)很多問題，尤其是一些對目錄樹進行遍歷操作的如fsck、find等命令無法正確執(zhí)行。在《Unix高級環(huán)境編程》中提到作者Steven在自己的系統(tǒng)上做過實驗，結(jié)果是：創(chuàng)建目錄硬鏈接后，文件系統(tǒng)變得錯誤百出。因為這樣做會破壞文件系統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)，可能會使目錄之間出現(xiàn)環(huán)。

為什么軟鏈接可以指向目錄而硬鏈接不行呢？根本原因在于軟鏈接實質(zhì)上是一個文件，而硬鏈接實質(zhì)上是一個目錄項（dentry）。在linux系統(tǒng)中，每個文件（目錄也是文件，軟鏈接也是文件）都對應(yīng)著一個inode結(jié)構(gòu)，其中inode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含了文件類型（目錄，普通文件，符號連接文件等等）的信息，也就是說操作系統(tǒng)在遍歷目錄時可以判斷出符號連接。既然可以判斷出符號連接當(dāng)然就可以采取一些措施來防范進入死循環(huán)了，系統(tǒng)在連續(xù)遇到8個符號連接后就停止遍歷，這就是為什么對目錄符號連接不會進入死循環(huán)的原因了。而“硬鏈接”本質(zhì)上是“目錄項”的同義詞。當(dāng)一個目標(biāo)第一次被創(chuàng)建，就會為它創(chuàng)建一個目錄項，這其實就是硬鏈接。大多數(shù)人常常把“硬鏈接”聯(lián)想成為一個已有的對象創(chuàng)建一個額外的目錄項，但其實是原來的目錄項沒有任何特殊，所有的硬鏈接都是平等的，所以Linux內(nèi)核沒有方法能識別出哪個是“原文件”哪個是“硬鏈接”。這樣對于由于目錄硬鏈接而形成的環(huán)就無法進行合適的處理。

4 鏈接文件的用途

合理的使用鏈接文件，會對日常使用和系統(tǒng)管理帶來一些便利，主要包括以下幾方面。

1）保持軟件的兼容性

例如，在很多Linux發(fā)行版中，/bin/sh文件其實是一個指向/bin/bash的符號鏈接。為什么要這樣設(shè)計？因為幾乎所有的shell script的第一行都是“#！/bin/sh”，“#！”符號表示該行指定該腳本所用的解釋器。#！/bin/sh表示使用Bourne Shell作為解釋器，這是一個早期的Shell。在現(xiàn)代的Linux發(fā)行版中通常采用Bourne Again Shell即bash，bash是對sh的改進和增強，而早期的Bourne Shell在系統(tǒng)的中根本不存在。為了能夠順利的運行腳本而不必修改shell script，只需要創(chuàng)建一個軟鏈接/bin/sh讓其指向/bin/bash。如此一來，就可以讓bash來解釋原本針對Bourne Shell編寫的腳本了。

2）方便軟件的使用

比如安裝了一個大型軟件Matlab，它可能默認安裝在/usr/opt/Matlab目錄下，它的可執(zhí)行文件位置在/usr/opt/Matlab/bin目錄下，除非你在這個路徑加入到PATH環(huán)境變量里，否則每次運行這個軟件你都需要輸入一長串的路徑很不方便。此時可以通過在“～/bin”下創(chuàng)建一個符號鏈接，今后在命令行下無需輸入完整路徑，只需輸入matlab即可。

3）維持舊的操作習(xí)慣

比如在SuSE中，啟動腳本的位置是放在/etc/init.d目錄下，而在RedHat的發(fā)行版中，是放在/etc/init.d/rc.d目錄下。為了避免因為從SuSE轉(zhuǎn)換到RedHat系統(tǒng)而導(dǎo)致管理員找不到位置的情況，可以創(chuàng)建一個符號鏈接/etc/init.d使其指向/etc/init.d/rc.d即可。[3]事實上，RedHat發(fā)行版也正是這樣做的。

4）方便系統(tǒng)管理

在/etc/rc.d/rcX.d目錄下的符號鏈接（X為0～7數(shù)字）是一個非常典型的例子。在init.d/目錄下有許多用于啟動、停止系統(tǒng)服務(wù)的腳本，如sshd、crond等。這些腳本可以接受一個參數(shù)，代表要啟動（start）或停止（stop）服務(wù)。為了決定在某個運行級別運行哪些腳本及傳遞給這些腳本哪些參數(shù)，RedHat設(shè)計了一個額外的目錄機制，即rc0.d到rc6.d的7個目錄，每個目錄對應(yīng)一個運行級別。如果在某運行級別下需要啟動某服務(wù)或者需要停止某服務(wù)，就在對應(yīng)的rcX.d目錄下建立一個符號鏈接，指向init.d/目錄下的腳本。

5 結(jié)束語

通過闡述鏈接文件背后的索引節(jié)點、目錄項等與文件系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)基本概念，分析了硬鏈接及軟鏈接文件的實質(zhì)，并對使用鏈接文件的作用進行了綜述。

【參考文獻】

[1]鳥哥.鳥哥的Linux私房菜基礎(chǔ)學(xué)習(xí)篇[M].3版.北京：人民郵電出版社，2010： 199-203.

[2]王紅.Linux文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析[J].濰坊學(xué)院學(xué)報，2011（2）：29-31.

[3]Jeffrey Dean.LPI Linux認證權(quán)威指南[M].2版.南京：東南大學(xué)出版社，2007：209-210.

[責(zé)任編輯：田吉捷]