Linux-ionde（软硬件链接）剖析-编程知识

概述

文件是存储在硬盘上的，硬盘的最小存储单位叫做扇区sector，每个扇区存储512字节。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。这是针对于文件系统而言的，而对于磁盘来说，其实没有块这样的概念，只是文件系统为了提高读取速率而延申的一个概念；即磁盘的基本单位是扇，而文件系统的基本单位是块。块的大小，最常见的是4KB，即连续八个sector组成一个block。

而操作系统和内存进行交流的时候，延申出了页的概念，这是针对于内存来说的。

即：操作系统与内存交流是以页为基本单位，文件系统与磁盘交流是以块为基本单位，而磁盘自身读写是以扇区为基本单位。

文件数据存储在块中，那么还必须找到一个地方存储文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种存储文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为索引节点，也叫i节点。因此，一个文件必须占用一个inode，且至少占用一个block。

元信息->inode
数据->block

一、inode是什么

文件=文件属性+文件内容；文件属性和文件内容是分开存储的，想要关联起来就要通过某种特定方式，这种方式就是inode编号。

inode是一个结构体，但是里面存有inode 编号和其他文件信息。

1.1 inode大小

inode也会消耗硬盘空间，所以格式化的时候，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，存放inode所包含的信息。

每个inode的大小，一般是128字节或256字节。通常情况下不需要关注单个inode的大小，而是需要重点关注inode总数。inode总数在格式化的时候就确定了。

1.2 inode结构

下图是Linux系统特有的EXT系列的文件系统：

上图中，inode Table负责存储文件属性，Data blocks负责存储文件内容。这个inode Table就是我们所说的inode。

当某个文件被创建时，系统会自动寻找合适的位置存放其inode，所以要通过一些方式：

上述有两个数据块叫做位图，位图是通过比特位来表示数据块是否可用的一种数据结构。

二、位图

2.1 inode Bitmap

寻找的是inode Table中的数据块：

位置含义：inode编号；
内容含义：特定inode是否被占用；也就是说，每种二进制数对应一个数据块。

2.2 Block Bitmap

寻找的是Data Block里的数据块：

位置含义：块编号；
内容含义：特定块是否被占用；和inode Bitmap一个道理。

有了这个方法，想要找到数据块就可以通过遍历比特位找到为0的位置，表示无人使用，然后反馈给inode结构体，将该位置信息填入到结构体里的int block[SIZE]，以此得到映射关系，就可以找到空闲的数据块。

也就是说，一个文件块组里面只要有后四个结构（inode位图，inode数据块，内容位图，内容数据块），就可以实现文件的创建，而前两个结构是描述这个组的属性的，例如大小、数据块使用多少。

三、inode对应关系

3.1 文件操作

inode包含很多的文件元信息，但不包含文件名，例如：字节数、属主UserID、属组GroupID、读写执行权限、时间戳等。而文件名存放在目录当中，但Linux系统内部不使用文件名，而是使用inode号码识别文件。 对于系统来说文件名只是inode号码便于识别的别称。

也就是说，每个inode都有一个对应的数据块，用来存储文件属性。并且找文件的过程并不是通过文件名。

创建文件一定是在一个特定目录下，而目录也是文件，它也有数据块，它的数据块里面放的是文件对应的inode编号。也就是文件名和inode的映射关系。

那么知道了目录的data blocks存储的是文件名与inode的映射关系，就可以进一步理解在一个目录下查找文件、创建文件的过程

详细过程：

1.系统找到test.c这个文件名对应的inode号码；
2.通过inode号码，获取inode信息；
3.根据inode信息，找到文件数据所在的block，并读出数据。

总结：当Linux系统要查找某个文件时，它会先搜索inode table找到这个文件的属性及数据存放地点，然后再查找数据存放的Block进而将数据取出。（期间系统还会根据inode信息，看用户是否具有访问的权限，有就指向对应的数据block，没有就返回权限拒绝。）

3.1.1 创建文件

//lesson目录下
touch test.c;

这个操作其实就是：修改位图+填充inode信息。

1.遍历inode bitmap位图结构，找到空闲数据块；
2.把test.c的inode填入inode数据块里，由于是空文件所以不需要data block。

而需要写入内容时：根据其inode找到它对应的空间，发现为空，就通过遍历data bitmap位图结构找到空闲位置，开辟4KB空间（默认），然后把该空间的id写到block数组中，然后就把文件内容写到data block对应的数据块里了。

3.1.2 删除文件

并不需要清空数据块内容，只需要修改两个位图，由1->0即可“删除该文件”，这也就将该位置定义为可覆盖的文件数据；这也就是为什么平时删除文件是可以恢复的。

3.2 剖析目录创建

前面说过，文件名存放在目录的data block中，目录也是文件，所以文件有的那套inode目录也有。

而其data block内容是：当前目录下，文件名对应文件的inode指针，通过它可以找到当前目录的文件的inode。

这也就印证了那句话：文件名在系统层面没有意义，是给用户使用的；而Linux中真正标识一个文件是通过inode编号。

所以在目录下创建文件其实就是在目录的数据块里添加文件的inode编号和文件名，但是找到文件数据还是通过inode。

四、软硬链接

软链接文件是一个独立的文件有自己的inode节点，文件中保存了源文件路径，通过数据中保存的源文件路径访问源文件（创建一个快捷方式）
硬链接是文件的一个目录项，与源文件共用同一个inode节点，直接通过自己的inode节点访问源文件（其实本质上来说与源文件没区别，多个文件共用一个inode节点)

查看inode数量（第一列）
ls -ali;//+文件名可单独查看该文件
去除链接（不建议用rm）
unlink+新文件名

硬链接是通过inode引用另外一个文件，软链接是通过名字引用另外一个文件。

4.1 硬链接

通过文件系统的inode引用产生的新的文件名，而不是产生新的文件，称为硬链接。其实就是创建文件名和inode的映射关系。

一般情况下，每个inode号码对应一个文件名，但是Linux允许多个文件名指向同一个inode号码。意味着可以使用不同的文件名访问相同的内容。

创建test.c的硬链接：

//硬链接不带-s
ln test.c abc.c;

ls-ali查看硬链接

790395 -rw-rw-r--  2 zcb zcb 1826 Dec  9 15:19 abc.c
790395 -rw-rw-r--  2 zcb zcb 1826 Dec  9 15:19 test.c

790395是inode编号，而数字2代表的是硬链接数（默认是1，意味有几个文件名指向该文件，该变量存放在inode结构体中，采用的是引用计数）。

可见两个文件的inode编号一样，说明这两个文件根本就不是独立的文件，是inode编号和文件名的映射，是一模一样的别名。

硬链接被删除，则inode中的链接数-1，并不会直接删除文件数据，而是等链接数为0的时候才会实际删除对应文件的inode，将所占用数据块置为空闲。

4.2 软链接

软链接就像我们在windows中的快捷方式。 为什么这么说呢？平时我们的电脑下载好软件时，假如没有自动添加在桌面，那我们就要去文件夹里面找，那这时就显得很麻烦，我们就会创建快捷方式到桌面。这个过程就相当于软链接，它们是类似的。

既然是快捷方式，那它是完全依赖于原来的文件的。如果原来的文件被删除了，那么这个新添加的文件也就无法使用了。

//软链接带-s
ln -s test.c mytest.c;
//链接成功
mytest.c->test.c

4.2.1关于删除软链接

1.对于文件来说，直接删除软链接并不会删除源文件；但是删除源文件后，软链接对应的文件会失效。
2.对于目录而言，直接删除软链接目录(不带“/”)不会删除源文件，但是若删除目录时多添加了“/”，3.那么会只保留两个空目录（源文件目录和软链接目录中文件都没了）。
服务器上，对data文件夹建立软链接link_data后，如果想删除软链接，则执行 rm -rf link_data，不要加"/"