Linux查漏补缺-1-链接

1.简介

操作机某软件异常，进行重装时。对软链接理解存在偏差导致误删除目录问题详细参考 2.3.5 删除目录的软链。

因为未移除感觉软链接，导致安装失败；
尝试删除软链接/root/bin -> /bin。
执行命令rm /root/bin/时，报错Is a directory。
想当然的执行rm -rf /root/bin/ 导致将其link的目录/bin删除。
目录软链接的删除，应为rm /root/bin，而非rm -rf /root/bin/。

本文详细记录由链接引伸出来的一系列概念。

2.说明

2.0 基础知识

inode的相关说明：注1

跨文件系统（磁盘分区），inode不唯一；
每个文件都会占用一个 inode ，文件内容由 inode 来指向blok获取；
inode与文件名为一对多关系；

系统内部读取文件步骤：注1

系统找到文件名对应的inode
通过 inode 号码，获取inode信息
根据 inode 信息，找到文件数据所在的 block，读出数据。

链接: UNIX文件系统提供的一种将不同文件链接至同一个文件的机制；实际上是一种文件共享的方式，是 POSIX 中的概念，主流文件系统都支持链接文件。

查看文件信息的命令

ls命令
示例：
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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ ls -li total 4 60822147 -rw-rw-r-- 1 hex hex 12 Oct 25 17:36 test 60822175 lrwxrwxrwx 1 hex hex 4 Oct 25 17:36 test-sl -> test
参数：
- -i 查看inode
输出：
- 第一列：inode号
- 第二列：文件权限
- 第三列：链接数目，指一共多少个文件名指向这个inode
- 第四列：文件拥有者
- 第五列：文件所属group
- 第六列：文件大小
- 第七列：文件内容上一次变动的时间
- 第八列：文件名

stat命令

示例：

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ stat test-sl 
  File: test-sl -> test
Size: 4               Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: 10302h/66306d   Inode: 60822175    Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: ( 1000/     hex)   Gid: ( 1000/     hex)
Access: 2022-10-25 17:36:18.216885854 +0800
Modify: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
Change: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
 Birth: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800

参数：无

输出：

File：显示文件名
Size：显示文件大小
Blocks：文件使用的数据块总数
IO Block：IO块大小
symbolic link：文件类型（软链接）
Inode：inode 号
Links：链接数，即有多少文件名指向这个 inode
Uid：文件拥有者的 Uid
Gid：文件所属group的 Gid
Access：文件的读、写、执行权限
文件的时间戳，共有三个：
- Change：简写为ctime，文件状态(链接数、大小、权限、Blocks数)改变时间。
- Modify：简写为mtime，文件内容的修改时间，文件内容被修改时更新。
- Access：简写为atime，文件内容的访问时间。文件内容被访问时更新。
- Birth: 文件创建时间。

2.1 软链接、硬链接区别

功能项	软链接	硬链接
使用对象	文件、目录	文件
inode是否相同	不同	相同
是否跨文件系统(磁盘分区)	是	否
原文件删除	软链接不可用	不受影响
与原文件的关联项	执行命令时，原文件名参数	原文件inode
原文件是否必须存在	否	是
执行命令	`ln -s <src> <file-sl>`	`ln <src> <file-hl>`

2.2 软链接

软链接只是一个符号链接，其实就是新建立一个文件，这个文件就是专门用来指向别的文件。大小很小，权限是777，而真正的信息是由指向的原文件决定；

删除软链接文件，不影响原文件；
删除原文件，则相应的软链接不可用（cat那个软链接文件，则提示“没有该文件或目录“）；

2.3 硬链接

硬链接实际上是为文件建一个别名，指向同一个inode。

创建硬链接时，不会建立inode，只是在原文件的inode link count域再增加1；
删除硬链接时，在原文件的inode link count域再减1；

系统调用会检查inode link count的数值，如果>=1，那么inode不会被回收，文件的内容不会被删除。

2.4 引申问题

2.4.1 软链接跳转靠的是文件名而非inode

验证思路：设置软链接时，原文件参数传递为相对路径；再将软链接移动到其他目录下；如果报错Not Found则说明成立
软链接查找使用的文件名，为ln执行命令时传入的原文件，如果是相对路径，则根据软链接路径进行查找。

准备测试环境

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# 创建测试目录
mkdir /tmp/ln-test/
cd /tmp/ln-test/
# 生成测试 原文件
echo "source file" > test

设置软链接
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ln -s test test-sl

查看文件状态

执行命令ls -li(i参数为查看文件inode)

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ ls -li
total 4
60822147 -rw-rw-r-- 1 hex hex 12 Oct 25 17:36 test
60822175 lrwxrwxrwx 1 hex hex  4 Oct 25 17:36 test-sl -> test

执行命令stat <filename>

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ stat test-sl 
  File: test-sl -> test
  Size: 4               Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: 10302h/66306d   Inode: 60822175    Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: ( 1000/     hex)   Gid: ( 1000/     hex)
Access: 2022-10-25 17:36:18.216885854 +0800
Modify: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
Change: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
 Birth: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800

移动软链接至其他目录
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mv test-sl ../

通过软链接cat文件内容

stat 查看软链接属性，File: test-sl -> test 显示软链接指向当前目录test文件，但test文件不存在。

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ cd ../
hex@hex-PC:/tmp$ stat test-sl 
  File: test-sl -> test
  Size: 4               Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: 10302h/66306d   Inode: 60822175    Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: ( 1000/     hex)   Gid: ( 1000/     hex)
Access: 2022-10-25 17:40:57.608602008 +0800
Modify: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
Change: 2022-10-25 17:40:34.131967367 +0800
 Birth: 2022-10-25 17:36:16.184873570 +0800
hex@hex-PC:/tmp$ cat test-sl 
cat: test-sl: No such file or directory

软链接所在新目录创建新的test文件，再查看

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hex@hex-PC:/tmp$ echo "Other test file" > test
hex@hex-PC:/tmp$ ls -li test*
60822202 -rw-rw-r-- 1 hex hex 16 Oct 25 17:47 test
60822175 lrwxrwxrwx 1 hex hex  4 Oct 25 17:36 test-sl -> test
hex@hex-PC:/tmp$ cat test-sl 
Other test file

软链接移动前后，inode为60822175，未改变；但前后的原文件test的inode已发生改变60822147 -> 60822202。说明软链接是通过File: test-sl -> test记录所跳转的原文件，而非inode。

2.4.2 硬链接无法跨分区，而软链接可以的原因

硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分为两个区域：

数据区：存放文件内容
inode 区：存放 inode 包含的信息，也叫作 inode table

硬链接通过与原文件共用同一inode访问blok读取文件内容。跨分区无法共享inode，所以硬链接无法跨分区。

软链接记录的是原文件的文件名，而非inode。可以跨分区。

延伸个问题：Linux是如何跨分区寻找inode的

2.4.3 硬链接不支持目录的原因

系统限制对目录进行硬链接只是一个硬性规定，并不是逻辑上不允许、技术上不可行。
其实使用 ln -d 命令也允许 root 用户尝试建立目录硬链接，且.与..都是目录的硬链接。

由于 Linux 操作系统中的目录是以 / 为节点的树状结构，对目录的硬链接有可能破坏这种结构，甚至形成循环如： /usr/bin -> /usr/ ，在使用遍历目录的命令时（如： ls -R ）系统就会陷入无限循环中。
如果使用 hard link 链接到目录时，链接的数据需要连同被链接目录下面的所有数据都创建链接。因此造成环境相当大的复杂度。
举例来说，如果要将 /etc 使用实体链接创建一个 /etc_hd 的目录时，那么在 /etc_hd 下面的所有文件名同时都与 /etc 下面的文件名要创建 hard link 的，而不是仅链接到 /etc_hd 与 /etc 而已。并且，未来如果需要在 /etc_hd 下面创建新文件时，连带的， /etc 下面的数据又得要创建一次 hard link。

2.3.4 `.`与`..`是目录的硬链接，特殊在哪里

创建目录时，默认会生成两个目录项： . 和 .. 。

目录硬链接总数：

空目录的硬链接总数，等于2（.和<file-name>）；
目录的硬链接总数，等于 2 + 它的子目录总数（子目录的 ..）；

2.3.5 目录软链接删除，注意区分 `软链接/` 与 `软链接`

目录的软链接=文件，而非目录文件；例如
目录文件：/tmp/ln-test/test-dir 等同于 /tmp/ln-test/test-dir/
目录的软链接：/tmp/ln-test/test-dir-sl <不等于> /tmp/ln-test/test-dir-sl/
rm 前者 == 删除软链接； rm后者 == 删除原目录。

验证：

准备环境

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# 创建目录
mkdir -p /tmp/ln-test/test-dir

cd /tmp/ln-test/test-dir

设置软链接
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ln -s test-dir/ test-dir-sl

查看文件状态

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ ls -li 
total 4
60822338 drwxrwxr-x 2 hex hex 4096 Oct 26 10:22 test-dir
60822339 lrwxrwxrwx 1 hex hex    9 Oct 26 10:23 test-dir-sl -> test-dir/

软链接 stat

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ stat test-dir-sl
  File: test-dir-sl -> test-dir/
  Size: 9               Blocks: 0          IO Block: 4096   symbolic link
Device: 10302h/66306d   Inode: 60822339    Links: 1
Access: (0777/lrwxrwxrwx)  Uid: ( 1000/     hex)   Gid: ( 1000/     hex)
Access: 2022-10-26 10:23:12.046192861 +0800
Modify: 2022-10-26 10:23:06.810155908 +0800
Change: 2022-10-26 10:23:06.810155908 +0800
 Birth: 2022-10-26 10:23:06.810155908 +0800

软链接/ 的stat

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ stat test-dir-sl/
  File: test-dir-sl/
  Size: 4096            Blocks: 8          IO Block: 4096   directory
Device: 10302h/66306d   Inode: 60822338    Links: 2
Access: (0775/drwxrwxr-x)  Uid: ( 1000/     hex)   Gid: ( 1000/     hex)
Access: 2022-10-26 10:23:12.046192861 +0800
Modify: 2022-10-26 10:22:18.821817214 +0800
Change: 2022-10-26 10:22:18.821817214 +0800
 Birth: 2022-10-26 10:22:18.821817214 +0800

可尝试执行stat test-dir和stat test-dir/，会发现与stat test-dir-sl/的inode一致。

测试删除

通过上一步stat查看软链接/和软链接已足够说明问题，通过删除再二次验证

删除软链接/

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ rm test-dir-sl/
rm: cannot remove 'test-dir-sl/': Is a directory

删除软链接

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hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ rm test-dir-sl
hex@hex-PC:/tmp/ln-test$ ls -li
total 4
60822338 drwxrwxr-x 2 hex hex 4096 Oct 26 10:22 test-dir

2.3.6 应用场景

软链接：

灵活切换不同版本的目标程序
在开发的过程中，对于同一个工具软件，可能要安装多个不同的版本，例如：Python2 和 Python3。
当在终端窗口中输入：python 时，启动的是 python2.7 版本。
如果有一天需要使用 python3.5 版本，只需要把软链接 python 指向 python3.5 即可。
动态库版本管理
场景描述：想象这样一个情景，一个程序需要使用 foo_1.1 文件中的共享资源，由于 foo 经常改变版本号。每次升级后都得将使用 foo_1.1 的所有程序更新到 foo_1.2 文件，那么每次更新 foo 版本后，都要重复上边的工作。
解决方案：创建一个 foo 的软链接指向 foo_1.2。这时，当一个程序访问 foo 时，实际上是访问 foo_1.2。当升级到 foo_1.3 时，只需要更新软链接指向。这不仅解决了版本升级问题，而且还允许在系统中保存两个不同的版本，如果 foo_1.3 有错误，再更新回原来的 foo_1.2 链接就可以。
快捷方式，将目录层次较深的文件链接到一个更易访问的目录中。

硬链接：

不同角度对文件进行分类
文件多人共享
文件备份

3.总结

目录的软链接比较特殊，尤其删除时注意区分带与不带的/的区别。<软链接>/是原目录本身，后<软链接>是软链接文件；
硬链接无法跨分区是实现机制决定的，无法创建目录的硬链接是硬性规定（.与..都是目录的硬链接）；
硬链接共用同一inode，增加硬链接相当于文件inode的新的别名；
软链接通过创建时的原文件参数查找原文件，而非原文件inode（原文件参数==绝对路径，软链接可到处移动。否则不可以）；

4.参考

[注1]： linux-inode说明

[注2]： “醉卧沙场：计算机专业性文章及回答总索引-存储和文件系统”

[注3]：Linux是如何跨分区寻找inode

[注4]： “鸟哥私房菜-链接ln说明”