Linux文件系统---软硬连接
Linux文件系统—软硬连接
1. 软硬链接是什么？
在Linux中，链接（Link） 本质上是一个指向另一个文件的文件。你可以把它理解为Windows系统中的“快捷方式”，但这个比喻并不完全准确，尤其是对于硬链接。Linux链接主要分为两种：硬链接（Hard Link） 和符号链接/软链接（Symbolic Link / Soft Link）。
Linux中怎么创建软连接？
使用 ln -s命令创建软链接。
命令格式：
ln -s [源文件/目录] [链接文件名]
示例：
# 创建一个指向 /var/www/html 的软链接，名为 my_web
ln -s /var/www/html my_web# 创建一个指向 file.txt 的软链接，名为 soft_link.txt
ln -s file.txt soft_link.txt
操作后，使用 ls -l查看，结果类似于：
lrwxrwxrwx 1 user user 13 Oct 4 15:30 soft_link.txt -> file.txt
（注意：第一列的 l表示这是一个软链接文件，并且它会清晰地显示指向关系 ->）
Linux中怎么创建硬链接？
使用 ln命令（不带 -s参数）创建硬链接。
命令格式：
ln [源文件] [链接文件名]
示例：
# 为 file.txt 创建一个硬链接，名为 hard_link.txt
ln file.txt hard_link.txt
操作后，使用 ls -l查看，你会发现两个文件的文件大小、修改时间等元数据完全一致，并且第二列的“链接数”会从1变为2。
-rw-r--r-- 2 user user 123 Oct 4 15:25 file.txt
-rw-r--r-- 2 user user 123 Oct 4 15:25 hard_link.txt
# 注意这里的数字 '2'，表示有两个文件名指向同一个inode
2. 软硬链接的本质是什么？
要理解本质，必须先了解Linux文件系统的三个核心部分：（这3个内容我在前一节都已经讲清楚了：链接：Linux（操作系统）文件系统–对未打开文件的管理-CSDN博客）
- 文件名（Filename）：人类可读的标识符。
- inode：一个数据结构，存储了文件的元数据（权限、大小、时间戳、数据块位置等），但不包含文件名。它是文件的“身份证”。
- 数据块（Data Blocks）：实际存储文件内容的地方。
- 硬链接的本质：多个不同的文件名指向同一个inode。它只是在某个目录下新增了一条“文件名 -> inode”的记录。删除一个硬链接（文件名）只是删除了这条记录，只要还有至少一个文件名指向这个inode，该inode和数据块就不会被释放。
目录中的内容大概如下图所示：
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
当我们使用指令创建myfile.c的硬链接y1.link的时候，本质上就是目录中多一条映射信息。
本来只有一个文件myfile.c能映射到1001 inode号，也就是说在当前目录中我们只能通过myfile.c这个文件名找到inode号为1001的inode，这个inode是一个结构体，里面存储的其实就是myfile.c的文件属性，并且其中还有myfile.c文件内容实际存储的位置，存储在哪个数据块。
简单来说是这样的：文件系统中存储文件属性的结构体inode不存储文件名称，只用一个唯一的inode号对文件进行唯一标识，系统只认inode号。但是我们用户依旧可以使用文件名称来读取和写入文件，这是由于目录中存储着文件名→inode号的映射。每创建出一个文件，目录中就会自动写入一条映射信息，一个文件默认只有一条映射信息。也就是说在这个目录中，你只能通过myfile.c来映射找出1001号的inode，进而找到文件数据。
而今，我们使用指令创建了myfile.c的硬链接y1.link，这个时候其实就是目录中多一条映射信息。
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
| 1001 | 7 | y1.link | 普通文件 |
这个时候，你不仅可以通过使用myfile.c这个文件名读取文件（包括文件内容和属性）（找到1001号inode），还可以通过y1.link读取文件。
所以这个时候你就算使用指令删除了myfile.c，你以旧可以通过y1.link读取文件和修改文件。你删除myfile.c实际上只是删除了当前目录中的一条映射信息罢了。
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
| 1001 | 7 | y1.link | 普通文件 |
由于依旧有文件名映射到1001号inode，所以文件本身并不会被删除。只有当没有文件名映射到1001号inode的时候，文件才可以被删除。
所以切记：硬链接并不是创建出一个全新的独立的文件，它没有创建出额外的文件，创建硬链接本质其实就是在当前目录多创建一条文件名→inode号的映射。它在目录中显示名称只是方便我们用户理解罢了。实际上它并不是一个独立的文件。
- “多个别名”的比喻：
myfile.c和y1.link就像同一个人的大名和小名，地位完全平等，没有谁是“原始”谁是“链接”的区别。删除任何一个，另一个依然可以正常访问文件。 - 链接数（Link Count）：图中inode号旁边的“链接数: 2”这个细节非常重要。每增加一个硬链接，该inode的链接数就+1；每删除一个硬链接（文件名），链接数就-1。使用
ls -l命令时，第二列显示的数字就是链接数。
在Linux系统中我们可以使用这个命令来查看文件的inode号：
# 查看单个文件
ls -i filename# 查看目录中的所有文件和子目录
ls -i# 结合 -l 参数，可以同时查看文件详细信息和 inode
ls -li# stat 命令会显示文件的详细元数据，包括 inode 号、大小、权限、时间戳等。
stat filename
能看到myfile.c和y1.link显示的信息都是一样的，本质就是他们两个文件名都映射同一个inode结构体，inode存储的就是文件属性，所以两者的信息自然是一样的。
- 软链接的本质：一个独立的全新文件。它有自己的inode和数据块，但它的数据块里存储的内容不是文件数据，而是另一个文件的路径字符串。当你访问软链接时，系统会读取这个路径，然后去找到目标文件。
大家可以把Linux系统中的软链接理解为Windows系统中的快捷方式：
我们可以使用下面这条指令来获取链接文件的目标路径地址：
readlink link_to_file
我们能看到它有自己的inode和数据块。创建软连接其实就是创建一个全新的独立的文件，只不过它里面的文件内容不是文件数据，而是目标文件的路径字符串。
在我们还没有创建myfile.c的软链接的时候，目录中的内容大概如下图所示：
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
当我们使用指令创建myfile.c的软链接m1.link的时候，本质上就是创建了一个新文件，文件内容中存储的是目标文件的路径字符串。应该很好理解。
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
| 1004 | 7 | m1.link | 链接文件 |
如果你使用软链接来使用目标文件，所以软链接的工作流程大概是这样的：先通过链接文件的名称找到映射的inode，假设这个inode的inode号是1004。找到inode号之后，就可以找到链接文件存储的文件内容，也就是找到目标文件文件的路径字符串。然后再用这个路径去找目标文件。
3. 软硬链接的原理是什么？
下图清晰地展示了软硬链接在文件系统中的工作原理：
硬链接原理：如同上图的右半部分，文件名A和 硬链接文件名B是平等的，它们都直接指向同一个inode（X）。文件系统通过inode中的**“链接数”** 来记录有多少个文件名指向它。只有当一个inode的链接数降为0，且没有进程占用它时，其对应的数据块才会被标记为可覆盖。
软链接原理：如同上图的左半部分，软链接文件名C指向一个独立的inode（Y），这个inode关联的数据块里只存了一个字符串——目标文件的绝对或相对路径。当你尝试打开软链接C时，系统会读取这个路径字符串，然后去解析它，找到最终的目标文件。如果目标文件被移动或删除了，这个路径就失效了，软链接就成了“断链”（Dangling Link）。
4. 软硬链接两者的同和不同
| 特性 | 硬链接 (Hard Link) | 软链接 (Symbolic Link / Soft Link) |
|---|---|---|
| inode | 与源文件相同 | 是独立的新inode |
| 跨文件系统 | 不支持（因为inode号是文件系统内的） | 支持 |
| 链接目录 | 不允许（超级用户可能可以，但极易导致循环，禁止使用）(这个问题我等会会专门讲) | 允许 |
| 原始文件删除 | 不影响，数据依然可通过硬链接访问 | 有影响，软链接将失效（“断链”） |
| 文件类型 | 看起来和普通文件无区别 | 在 ls -l中显示为 l，并注明指向关系 |
| 文件大小 | 与源文件大小相同 | 等于它存储的“路径字符串”的字符数 |
| 关系 | 像是文件的“多个别名”，地位平等 | 像是文件的“快捷方式”，依赖原文件 |
5. 软硬链接的适用场景分别是什么？
硬链接的适用场景：
- 防止误删：为重要文件创建一个硬链接放在备份目录。这样即使原始文件被误删，数据依然通过硬链接保留着。
- 文件同步：多个程序或用户需要以不同的文件名访问同一份数据，且要求任何一个文件名下的修改都能即时同步（因为它们本质是同一份数据）。
mv命令的本质：当你移动一个文件 within the same filesystem（同一文件系统内）时，mv命令实际上只是创建了一个新的目录记录（硬链接），然后删除了旧的记录，效率极高，无需复制数据。
假设我现在使用mv指令将d1目录中的myfile.c文件移动到d2目录。
使用mv命令前，旧目录d1:
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 8 | Makefile | 普通文件 |
使用mv命令后，旧目录d1:
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1002 | 6 | myfile | 可执行文件 |
| 1003 | 2 | Makefile | 普通文件 |
新目录d2：
| inode号 | 文件名长度 | 文件名 | 文件类型 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 8 | myfile.c | 普通文件 |
软链接的适用场景：
- 快捷方式：为深层目录中的可执行程序、库文件或配置文件创建一个软链接在
~/bin或/usr/bin等PATH路径下，方便直接调用。 - 兼容性与版本管理：例如，系统中需要多个版本的软件库（如
libssl.so.1.1和libssl.so.3），可以创建一个libssl.so的软链接指向当前使用的版本，程序只需链接libssl.so即可。（库的内容下一节讲：链接：） - 动态切换：例如，
/etc/localtime是一个指向/usr/share/zoneinfo/下某个时区文件的软链接，要修改系统时区，只需改变这个软链接的指向即可。 - 跨文件系统链接：这是硬链接无法做到但软链接非常擅长的。
6. 软硬链接有什么需要注意的？
- 硬链接不能链接目录：官方语法上不允许。这是为了避免在文件树中引入复杂的循环，导致
find、tar等工具出现逻辑错误。 - 硬链接不能跨文件系统：因为inode号只在同一个文件系统内唯一。
- 软链接的路径：创建软链接时，建议使用绝对路径（如
/home/user/file），这样即使移动软链接本身，它仍然能正常工作。如果使用相对路径（如../file），它是相对于软链接文件所在的位置进行解析的，而不是相对于你当前的工作目录。 - 循环风险：虽然软链接可以链接目录，但要小心创建循环（例如，
a链接到b，b又链接回a），这会让一些工具陷入无限循环。 - 断链问题：软链接的目标不存在时，它就成了“僵尸”链接，访问它会报 “No such file or directory” 错误。
- 权限差异：软链接本身的权限通常是
rwxrwxrwx，但这并不重要，最终访问权限由目标文件的权限决定。而硬链接的权限就是原文件的权限。
7. 硬链接不能链接目录（.和..的本质）
前面我们说过硬链接不能链接目录，这是为了避免在文件树中引入复杂的循环，导致 find、tar等工具出现逻辑错误。但是实际上是这样吗？
我们来看一个现象：
所以这里我再准确的说一遍：没错！我们用户，包括root用户，都是不能为目录创建硬链接的，但是操作系统可以为目录创建硬链接，而且是特殊的硬链接。
那么操作系统为目录创建了什么特殊硬链接呢？这个东西其实我们很常见。
每创建出一个目录我们都能看到两个玩意：.，..。我们之前都知道.其实代表的就是当前目录嘛，..代表的就是当前目录的上级目录嘛。
那现在我们就可以明白为什么.可以代表当前目录，那是因为这个.就是操作系统为当前目录创建出来的一个硬链接，所以我们每次创建出一个新目录的时候，都能发现这个目录的硬链接数是2，就是这个原因。
那么..是什么呢？很简单，和.一样，它也是一个被操作系统创建出来的硬链接，是当前目录的上级目录的硬链接。
所以有一个技巧，可以用来计算当前目录中有几个子目录。也就是用当前目录的硬链接数 - 2就得到了当前目录的子目录数。
当前目录的子目录数 = 当前目录的硬链接数 - 2
那么至于为什么操作系统能为目录创建硬链接，那是操作系统的事情了，操作系统会对这两个东西（.和..）做特殊处理的。
补充内容
-
如何查找所有硬链接？
因为硬链接共享同一个inode，所以你可以通过
ls -i先查看文件的inode号，然后用find命令查找所有拥有此inode的文件。ls -i file.txt # 假设输出 inode 号 12345 find /path/to/search -inum 12345 -
链接数（Link Count）的含义：
使用
ls -l看到的第二列数字就是链接数。对于一个新建的普通文件，链接数为1。每创建一个硬链接，该数字+1。每删除一个硬链接（或原始文件名），该数字-1。目录的链接数：新建目录的链接数通常是2（因为它本身.和父目录指向它的..），其子目录每多一个，它的链接数就+1（因为每个子目录里都有..指向它）。 -
cp -l和cp -s：cp命令的-l选项代表“创建硬链接而非复制”，-s选项代表“创建软链接而非复制”。这提供了另一种创建链接的方式。