【Linux】Linux磁盘与链接

参考博客：https://blog.csdn.net/sjsjnsjnn/article/details/125714967

一、磁盘的概念

我们所创建的大量文件，在没有被打开时都是在磁盘上存放的，以下是磁盘的基本结构图：

如下图所示，磁盘主要是通过机械臂上的磁头来读取磁盘上的数据，磁盘由一个或者多个圆盘组成，它们围绕着一根中心主轴旋转，磁盘被组织成磁道，磁道是单个盘片上的同心圆，所有盘面上半径相同的磁道构成了柱面，每一个磁道又按512个字节为单位划分为等分，叫做扇区, 向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。

二、磁盘的分区与格式化

2.1 磁盘的分区

磁盘由一个或者多个圆盘组成，我们可以把它想象成小时候都接触过的磁带，把磁盘展开成一条直线。（线性结构）磁盘是相当大的，如果对整个磁盘进行管理成本很高，那么就需要对磁盘进行分区操作。

2.2 磁盘的格式化

在Linux ext系列文件系统中，上图为磁盘文件系统图（内核内存映像肯定有所不同），磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block。一个block的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改。

• Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。

• 超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：bolck 和 inode的总量，未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了

• GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息；Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用

• inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否空闲可用。i节点表:存放文件属性 如 文件大小，所有者，最近修改时间等

• 数据区（Data block）：存放文件内容

通过下面的shell命令可以查询到当前路径下文件的inode值

ls -al -i

• 补充一点，以上我们是对文件进行了说明，我们知道一切皆文件，那么目录也是文件，只不过我们感官上觉的目录和文件有些区别；
• 目录既然也是文件，如何结合以上所讲来解释创建一个目录呢？
• 当我们创建一个目录后，它也是有inode编号的，在block中存放的是文件的文件名，因为文件名也是字符串，字符串也就是数据，再通过文件的inode编号进行映射，就能访问到文件了。

创建一个新文件主要有一下4个操作：

1. 存储属性
   • 内核先找到一个空闲的i节点（这里是263466）。内核把文件信息记录到其中。
2. 存储数据
   • 该文件需要存储在三个磁盘块，内核找到了三个空闲块：300,500，800。将内核缓冲区的第一块数据复制到300，下一块复制到500，以此类推。
3. 记录分配情况
   • 文件内容按顺序300,500,800存放。内核在inode上的磁盘分布区记录了上述块列表。
4. 添加文件名到目录
   • 新的文件名 test 。linux如何在当前的目录中记录这个文件？内核将入口（263466， test ）添加到目录文件。文件名和inode之间的对应关系将文件名和文件的内容及属性连接起来。

2.3 查看inode信息

2.3.1 stat命令

stat命令用来显示文件或文件系统的详细信息，stat命令的输出信息要比ls命令的输出信息要更详细。

stat log.txt

简单的介绍一下stat命令显示出来的文件其他信息：

- 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
- regular file：文件类型（常规文件）
- Device：设备编号
- Inode：Inode号
- Links：链接数
- Access：文件的权限
- Gid、Uid：文件所有权的Gid和Uid（拥有者和所属组）

2.3.2 ls -al -i

查看文件的inode编号

ls -al -i

三、软硬链接

3.1 软链接

我们可以通过以下命令创建一个文件的软链接

ln -s log.txt log_s

可以发现通过ll查询到当前目录下存在对应的软链接文件

创建这个软连接有什么用呢？

• 比如果我们要执行一个别的路径下的文件，需要列出文件的具体位置，或者进入到对应的目录下执行，软链接就可以让你创建好链接之后直接执行

• 在Linux中有时候会存在执行路径特别深的程序，这时候我们就可通过软连接快速的找到；本质上就是充当索引的作用；并且两者的inode是不相同的，软连接是有独立的inode的，是个独立文件，可以跨文件系统；
  

需要注意，当我们完成软链接后如果删除链接的目标，软链接文件不会独立存在，虽然仍保留文件名：

rm log.txt

3.2 硬链接

我们可以通过以下命令创建一个文件的硬链接。

ln test.txt hard

刚刚软连接我们将链接的目标删除后，是不能独立存在的；如果我们把硬链接的链接目标删除后会发生什么情况呢？

rm test.txt

从上图可以看到，删除log.txt后，查看我们的硬链接文件，依旧能够看到内容。这里就相当于给log.txt重命名了。

我们发现硬链接的inode和源文件的inode是相同的，并且链接数是2，而软链接的链接数1； 这里的链接数表示的是硬链接数；

软链接，inode不相同

stat log_s

stat log.txt

硬链接，inode相同

stat hard

stat test.txt

3.3 软硬链接的区别

1. 删除源文件的影响

• 硬链接：
  源文件删除后，只要硬链接的引用计数（inode 的 link count）>0，数据仍可通过硬链接访问。
  示例：删除源文件source.txt，其硬链接hard_link.txt仍可读写，因两者共享的 inode 未被释放。
• 软链接：
  源文件删除后，软链接的路径失效，访问时提示 “文件不存在”。
  示例：删除source.txt，软链接soft_link.txt会指向一个不存在的路径，无法访问。

2. 文件属性与修改同步

• 硬链接：
  • 所有硬链接共享相同的文件属性（如大小、权限、修改时间），修改任一硬链接会同步影响所有链接。
  • 例如：向hard_link.txt写入数据，source.txt（若未删除）的内容也会更新。
• 软链接：
  • 独立拥有属性（如创建时间），但文件大小通常为路径字符串的长度（如11B对应source.txt路径）。
  • 修改软链接指向的源文件，软链接的内容会同步；但修改软链接本身（如重命名）不影响源文件。

3. 对目录的支持

• 硬链接：
  不能对目录创建硬链接（避免文件系统路径循环，如/dir和/dir/link形成循环引用）。
• 软链接：
  可以对目录创建软链接，常用于目录结构的灵活映射（如将/data链接到/project/data）。

更多资料：https://github.com/0voice