对Inode、Hard Link以及Soft Link的理解

一、EXT2/EXT3等文件系统的分区格式

　　Linux的文件系统从EXT2开始将文件的属性和文件的实际内容分开存储，文件的属性由inode存储，文件的内容由block存储。

　　系统在对磁盘进行分区格式化的时候，分区被以block大小为单位分割成多个块，block的大小可以为1KB、2KB或4KB；分区里的各个块被统一编号，然后被划分成各个区域，图1描述了一个分区的划分情况：

图1 分区划分情况

　　各区域解释：

　　Boot Sector：启动扇区，利用这个多个分区的启动扇区可以实现多系统。

　　Block Group：区块群组，由于文件系统可能很大，达到上百GB，将所有的inode和block放在一起管理是不明智的；因此ext2/ext3等文件系统将分区内的inode和block分成多个区块群组（Block Group)，分开管理；区块群组内包含Super Block、Partition Description、Block Bitmap、Inode BitMap、Inode Table、Data Block；其中Super Block在第一个区块群组内一定存在，在后续的区块群组内则可能存在也可能不存在，如果存在，则是作为第一个区块群组内的Super Block的备份。

　　Filesystem Description：分区文件系统的描述区块，用于描述各个Block Group开始与结束的block块号，以及描述每个Block Group内各个区段的开始与结束的block块号。

　　Block BitMap：block位图，用于判断Data Block内哪些Block已经被使用，哪些Block处于空闲状态可以使用。

　　Inode BitMap：inode位图，用于判断Inode Table内哪些inode已经被使用，哪些inode处于空闲状态可以使用。

　　Inode Table：inode表，用于存放inode，inode是一个数据结构，其中存储了目录或文件的各种属性以及block块号；各个inode也被统一编号。

　　Data Block：用于保存文件以及目录实际内容的block所在的区域。

二、EXT2/EXT3等文件系统中目录与文件的存储

　　在ext2/ext3等文件系统中，目录的存储和文件的存储形式差别不大：每一个目录和文件都对应一个inode，每个inode都指向一个或多个block；目录的inode指向的block内存储的是目录下的子目录名或文件名与相应的inode的对应关系，如图2中2号和65531号等inode；文件的inode指向的block存储文件的实际内容，如图2中787883号和788042号等inode。

　　图2是根据一个实际的Linux系统作出的一个示意图，图中的淡绿色区域代表图1中的Inode Table区域，淡蓝色区域代表图1中的Data Block区域，图中块的大小和块的数量不代表实际情况。这个文件系统挂载到了“/”目录上，一般一个文件系统最顶层的inode编号为2，这里2号inode指向的block区域中存储了“/”目录下的子目录名以及文件名和它们对应的inode编号，其中的“vmlinuz.old”是一个软链接文件，它对应的inode指向的block存储了所链接的文件的相对的路径。

图2 文件系统存储方式示意图

三、软链接与硬链接

　　如上所述，每个目录或文件都对应一个inode，但是它们对应的Inode也有可能为同一个inode；在同一个文件系统中，如果两个或多个文件的Inode相同，则可以称它们互为彼此的“硬链接”。

　　硬链接是某个目录的inode指向的block区域中的一条记录，这个记录的inode部分的值与相同文件系统内的某个目录下的一条或多条记录的inode部分的值相同。因而，创建一个硬链接就是在某个表中增加一条记录，不会消耗inode，一般也不会消耗block的数量，除非当前存储记录的block满了，重新找一块block来记录这条记录。

　　对于硬链接有两个地方值得注意：

　　1.硬链接不能跨文件系统：一般情况下，Linux系统不能区分来自不同文件系统的相同的Inode编号，一个文件的Inode号码只能是自己所在的文件系统内的Inode的编号。例外的情况是挂载点的Inode，当一个文件系统挂载到某个挂载点时，系统会屏蔽其原有的Inode，然后记录这个挂载点和文件系统的对应关系，当使用到这个挂载点时，系统能根据记录找到正确的文件系统。

　　2.不能创建目录的硬链接：从图2中看，在某一个目录的Block块中增加一条记录，该记录的Inode编号为某个目录的Inode编号是可行的，但是这样有可能在文件树中形成环，导致很多依赖遍历文件树的程序无限循环下去，因此目前为止，不能创建目录的硬链接。

　　图2中，“/home/”目录下的.bashrc文件和hard_bashrc文件指向同一个Inode：788041，hard_bashrc是在“/home”目录下通过命令：”ln .bashrc hard_bashrc“建立的。

　　软链接是一个新的文件，该文件中记录了一个文件或目录的路径。如果查看软链接文件的大小，会发现为它记录的路径字符串的大小。创建一个软链接会生成一个新的文件，因此会消耗inode和block的数量。

　　软链接文件会被标记为“链接文件”，程序使用它时，会根据它记录的路径去找到真正的文件；因此既可以创建目录的软链接也可以跨文件系统创建软链接。

　　图2中“/home/“目录下的”soft_bin“文件为“/bin”这个目录的软链接，这个文件是在“/home/”目录下通过命令：“ln -s /bin ./soft_bin"创建的。

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