帶你搞懂linux硬連結和軟連結（圖文詳解）

本篇文章給大家帶來了關於Linux中硬連結和軟連結的相關知識，其中還有inode的相關問題，希望對大家有幫助。

前言

最近前端包管理器pnpm真的是太火了，大量的文章分析了pnpm的原理。瞭解之後，發現pnpm整個架構都是基於硬連結和軟連結組織的，但我對這兩個概念比較模糊，所以想研究一下。

眾所周知，Unix/Linux系統中一切皆檔案。可見，檔案在Linux系統中非常重要。我們平常比較直觀的對於檔案的感受肯定是檔名和檔案內容。但在Linux的檔案系統中，除了檔名和檔案內容，還有一個很重要的概念，就是inode。

inode

維基百科這樣描述inode：

The inode (index node) is a data structure in a Unix-style file system that describes a file-system object such as a file or a directory. Each inode stores the attributes and disk block locations of the object's data.File-system object attributes may include metadata (times of last change,access, modification), as well as owner and permission data.
A directory is a list of inodes with their assigned names. The list includes an entry for itself, its parent, and each of its children.

意思就是：inode是類Unix檔案系統中用來描述檔案系統物件（比如檔案或資料夾）的一種資料結構。它儲存著檔案的各種屬性（最近一次inode變動的時間、最近一次存取的時間、最近一次修改的時間等元資訊，以及許可權資訊等）。資料夾是一組inode，包括自身的入口、父節點的入口以及所有子節點。

其實，inode包含的內容不止上面這些，具體有：

檔案的位元組數
檔案的User ID
檔案的Group ID
檔案的讀、寫、執行許可權
時間戳：ctime，inode上一次變動的時間；mtime，檔案內容上一次變動的時間；atime，檔案上一次開啟的時間
連結數，即有多少個檔名指向這個inode
檔案資料block的位置

Linux使用的ext2/ext3檔案系統中，不同型別的資料存放在不同的區域。inode組成的inode table存放在一個位置，檔案資料塊則存在另外一個位置。

inode不包含檔名，檔名存放在資料夾資訊的結構體裡。檔名相當於inode的別名，便於我們管理和記憶。Linux系統對檔案的操作都是通過inode做到的，當我們修改檔案時，系統從資料夾的資訊結構體裡找到檔名對應的inode，再通過儲存在inode中的檔案資料block地址找到對應的硬碟位置進行讀寫操作。

硬連結

一般來說，inode與檔名、檔案資料是一對一的關係，但我們可以通過shell命令讓多個檔名指向同一個inode，這種就是硬連結（hard link）。

使用ln <origin> <destination>命令可以建立硬連結，如

ln test.txt test_hard.txt

對應nodejs的fs.link方法。

建立硬連結前，test.txt可以這樣表示：

建立硬連結後：

可以看到，test_hard.txt的inode跟原始檔test.txt使用的是同一個，只是現在連結數變成2了。

我們可以執行ls -li檢視一下。

第一列是inode number，可以看到都是13029546，所以兩個檔案使用的是同一個inode。第二列是許可權資訊，第四列是擁有者，第六列是檔案內容大小。可以看到，除了檔名不一樣之外，硬連結建立的檔案跟原始檔的所有元資訊完全一樣。第三列表示連結數，可以看到，目前連結數為2。

由於硬連結檔案和原始檔使用同一個inode，並指向同一塊檔案資料，除檔名之外的所有資訊都是一樣的。所以這兩個檔案是等價的，可以說是互為硬連結檔案。修改任意一個檔案，可以看到另外一個檔案的內容也會同步變化。

軟連結

準確來說叫符號連結（symbolic link），一般又叫軟連結（soft link）。與硬連結共用一個inode不同，軟連結會建立新的inode，並指向原始檔。可以理解軟連結就是windows系統中的桌面快捷方式。

建立軟連結的命令和硬連結很像，多了-s引數：ln -s <origin> <destination>：

ln -s test.txt test_symbolic.txt

對應的nodejs的fs.symlink方法。

建立軟連結之後：

原始檔inode的連結數還是1，建立了新的inode，軟連結指向原始檔。

執行ls -li看一下：

可以看到，軟連結的inode number跟原始檔的不一樣，許可權一列開頭為小寫L，表示軟鏈，連結數為1，大小為8個位元組。沒錯，軟鏈檔案也有大小，不過一般很小，畢竟只是一個快捷方式。

對比

檔案重新命名或檔案移動

檔案重新命名和檔案移動對於Linux系統來說都是檔案絕對路徑的更改。對硬連結來說，檔案重新命名或檔案移動不會改變連結指向，而對軟連結來說，檔案重新命名或檔案移動則使連結斷開，這時通過軟連結修改檔案內容時會重新建立一個新的inode，跟原檔名和檔案資料塊關聯。

檔案刪除

rm命令或者nodejs的unlink其實是將inode的連結數減1。對於前文的硬連結，刪除test_hard.txt使得inode1的連結數變成1，當連結數變成0時，系統就會釋放掉這個inode，之後再建立的新檔案就可以使用該inode的inode number了。這時沒有inode指向檔案資料block，所以檔案找不到了。但實際上檔案資料還存在硬碟中，所以經常能看到網上有一些幫助恢復誤刪的檔案的工具。軟連結inode連結數為1，刪除軟連結則系統釋放該inode。

連結檔案和資料夾

軟連結可以連結檔案和資料夾，但硬連結只能連結檔案。

不同檔案系統建立連結

軟連結可以跨不同的檔案系統建立，但是硬連結不行，因為硬連結是共用一個inode，而不同的檔案系統有不同的inode table。

應用場景

硬連結

檔案備份：為了防止重要的檔案被誤刪，檔案備份是一種好的辦法，但拷貝檔案會帶來磁碟空間的消耗。硬連結能不佔用磁碟空間實現檔案備份。
檔案共用：多人共同維護同一份檔案時，可以通過硬連結的方式，在私人目錄裡建立硬連結，每個人的修改都能同步到原始檔，但又避免某個人誤刪就丟掉了檔案的問題。
檔案分類：不同的檔案資源需要分類，比如某個電影即是的分類是外國、懸疑，那我們可以在外國的資料夾和懸疑的資料夾裡分別建立硬連結，這樣可以避免重複拷貝電影浪費磁碟空間。有人可能說，使用軟連結不也可以嗎？是的，但不太好。因為一旦原始檔移動位置或者重新命名，軟連結就失效了。

軟連結

快捷方式：對於路徑很深的檔案，查詢起來不太方便。利用軟連結在桌面建立快捷方式，可以迅速開啟並編輯檔案。
靈活切換程式版本：對於機器上同時存在多個版本的程式，可以通過更改軟連結的指向，從而迅速切換程式版本。這裡提到了python版本的切換可以這麼做。
動態庫版本管理：不是很懂，具體可以看這裡。

總結

Linux系統通過inode管理檔案，inode儲存著檔案位元組數、檔案許可權、連結數、資料block位置等資訊。

硬連結與原始檔共用inode，除了檔名不同，其他與原始檔一樣。不能對資料夾建立硬連結，不能對不同的檔案系統的檔案建立硬連結。

軟連結類似於windows的快捷方式，有獨立的inode。可以對資料夾或不同檔案系統的檔案建立軟連結。

硬連結和軟連結修改檔案內容都會同步到原始檔，因為本質上它們都是指向原始檔的資料block。