Linux 软链接和硬链接

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概述

Linux系统中为了解决文件共享问题，引入了软链接和硬链接的概念，软链接又称符号链接，即soft link或symbolic link，硬链接即为hard link。
同时它们还带来了隐藏文件路径、增加权限安全及节省存储等好处。

若一个文件指向另一个文件，该文件的内容仅仅是另一个文件的path，则其为软链接。
若一个inode号对应多个文件名，则称这些文件为硬链接。换言之，硬链接就是同一个文件使用了多个别名。
软链接可由命令ln创建，硬链接可由命令link或ln创建。

硬链接

由于硬链接的文件是有着相同inode号，仅文件名不同，因此硬链接存在以下几点特性：

  • 文件有相同的inode 和 data blocks
  • 只能对文件创建硬链接，不能对目录创建硬链接
  • 只能对已存在的文件创建硬链接
  • 不能跨文件系统创建硬链接
  • 删除一个硬链接文件并不影响其他有相同inode号的文件
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$ ll
total 4
-rw-r--r-- 1 root root 928 Nov 11 08:37 tstfile
$ ln tstfile hlink
$ ll
total 8
-rw-r--r-- 2 root root 928 Nov 11 08:37 hlink
-rw-r--r-- 2 root root 928 Nov 11 08:37 tstfile

$ stat tstfile
  File: ‘tstfile’
  Size: 928       	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 803h/2051d	Inode: 4851726     Links: 2
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Modify: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Change: 2017-11-11 08:37:42.216988088 +0800
 Birth: -

$ stat hlink
  File: ‘hlink’
  Size: 928       	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 803h/2051d	Inode: 4851726     Links: 2
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Modify: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Change: 2017-11-11 08:37:42.216988088 +0800
 Birth: -

因为硬链接文件具有相同的地位，并没有谁指向谁之说，所以想要查找一个inode号对应的所有硬链接文件并不容易，通常需要遍历目录下所有的文件，系统里可通过find命令查找一个文件相关的所有硬链接文件。

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$ mkdir dir
$ ln tstfile dir/hlink

$ find ./ -samefile tstfile
./dir/hlink
./hlink
./tstfile

$ ls -i tstfile
4851726 tstfile
$ find ./ -inum 4851726
./dir/hlink
./hlink
./tstfile

可以通过命令strace find ./ -samefile tstfile查看具体执行的系统调用，发现该命令会在输入的目录下查询所有的文件，输出与参数文件inode num一致的文件，所以在目录里文件非常多时，该命令会非常耗时的。

软连接

软链接与硬链接不同，若一个文件的数据块中存放的内容是另一文件的路径名时，则该文件就是软链接。
软链接就是一个普通文件，只是数据块内容有点特殊。
软链接有着自己的inode号以及数据块，因此软链接的创建与使用没有类似硬链接的诸多限制。

软链接的特性如下：

  • 软链接有自己的文件属性及权限等
  • 可对不存在的文件或目录创建软链接
  • 软链接可跨文件系统创建
  • 软链接即可对文件创建，也可对目录创建
  • 创建软链接后，链接计数i_nlink不会增加
  • 删除软链接并不影响被指向的文件
  • 若被指向的原文件被删除，则相关软连接被称为死链接(dangling link)，若被指向路径文件被重新创建，即恢复为正常的软链接
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$ ln -s tstfile slink
$ ll
total 4
lrwxrwxrwx 1 root root   7 Nov 11 08:39 slink -> tstfile
-rw-r--r-- 1 root root 928 Nov 11 08:37 tstfile

$ stat tstfile
  File: ‘tstfile’
  Size: 928       	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 803h/2051d	Inode: 4851726     Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Modify: 2017-11-11 08:37:07.554081068 +0800
Change: 2017-11-11 08:39:04.749766771 +0800
 Birth: -
 
$ stat slink
  File: ‘slink’ -> ‘tstfile’
  Size: 7         	Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: 803h/2051d	Inode: 4851778     Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2017-11-11 08:39:24.730713312 +0800
Modify: 2017-11-11 08:39:22.901718205 +0800
Change: 2017-11-11 08:39:22.901718205 +0800
 Birth: -

$ readlink slink
tstfile

测试程序

Linux里由命令stat来获取一个文件的状态，文件状态保持在数据结构struct stat里，定义如下：

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struct stat {
   dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */
   ino_t     st_ino;     /* inode number */
   mode_t    st_mode;    /* protection */
   nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */
   uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */
   gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */
   dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */
   off_t     st_size;    /* total size, in bytes */
   blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */
   blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */
   time_t    st_atime;   /* time of last access */
   time_t    st_mtime;   /* time of last modification */
   time_t    st_ctime;   /* time of last status change */
};

其中st_mode变量用来表示文件类型的，特征位的定义如下：

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S_IFMT     0170000   bit mask for the file type bit fields
S_IFSOCK   0140000   socket
S_IFLNK    0120000   symbolic link
S_IFREG    0100000   regular file
S_IFBLK    0060000   block device
S_IFDIR    0040000   directory
S_IFCHR    0020000   character device
S_IFIFO    0010000   FIFO
S_ISUID    0004000   set-user-ID bit
S_ISGID    0002000   set-group-ID bit (see below)
S_ISVTX    0001000   sticky bit (see below)
S_IRWXU    00700     mask for file owner permissions
S_IRUSR    00400     owner has read permission
S_IWUSR    00200     owner has write permission
S_IXUSR    00100     owner has execute permission
S_IRWXG    00070     mask for group permissions
S_IRGRP    00040     group has read permission
S_IWGRP    00020     group has write permission
S_IXGRP    00010     group has execute permission
S_IRWXO    00007     mask for permissions for others (not in group)
S_IROTH    00004     others have read permission
S_IWOTH    00002     others have write permission
S_IXOTH    00001     others have execute permission

POSIX标准里定义了如下的宏来检查文件类型：

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S_ISREG(m)  is it a regular file?
S_ISDIR(m)  directory?
S_ISCHR(m)  character device?
S_ISBLK(m)  block device?
S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?
S_ISLNK(m)  symbolic link?  (Not in POSIX.1-1996.)
S_ISSOCK(m) socket?  (Not in POSIX.1-1996.)

结合上面的描述，我们可以写如下测试代码：

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$ cat file_stat.cc
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
    struct stat fstat;
    string file_path = argv[1];

    # use lstat instead of stat as lstat handle symbolic link itself
    # when input path is a symbolic, not the file it refers to.
    int ret = lstat(file_path.c_str(), &fstat);
    cout << "file path: " << file_path << endl;
    cout << "file size: " << fstat.st_size << endl;
    cout << "file ino: " << fstat.st_ino << endl;
    cout << "file mode: " << fstat.st_mode << endl;
    cout << "file nlink: " << fstat.st_nlink << endl;

    if (S_ISREG(fstat.st_mode)) {
        cout << "regular file: " << file_path << endl;
    } else if (S_ISLNK(fstat.st_mode)) {
        cout << "link file: " << file_path << endl;
        char buf[256];
        ret = readlink(file_path.c_str(), buf, 255);
        buf[ret] = '\0';
        cout << "readlink return " << ret << endl;
        cout << "link file real path: " << buf << endl;
    }

    return 0;
}

//g++ -std=c++11 -ofile_stat file_stat.cc

命令行输出

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$ ./file_stat hlink
file path: hlink
file size: 928
file ino: 4851726
file mode: 33188
file nlink: 3
regular file: hlink

$ ./file_stat slink
file path: slink
file size: 7
file ino: 4851778
file mode: 41471
file nlink: 1
link file: slink
readlink return 7
link file real path: tstfile

参考

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-hardandsymb-links/index.html
http://www.giannistsakiris.com/2011/04/15/counting-and-listing-hard-links-on-linux/

支持原创