最近看到很多文章介绍Linux中的文件系统，包括inode节点、软链接、硬链接等重要概念。于是有朋友私信问我：这些概念我都懂了，但是我能用它们来完成什么？或者，在什么情况下，软链接和硬链接能提供更好的解决方案？本篇文章，我们简单梳理一下软链接和硬链接的几种使用场景。什么是索引节点？什么是硬链接？什么是软链接？软链接应用：目标程序不同版本的灵活切换软链接应用：动态库版本管理分类硬链接应用：多人共享文件；文件内容：即文件中存储的数据；文件描述信息：文件类型、所有者、创建时间等，可以称为元信息；可以做一个简单的类比：文件本身的内容可以当真人看。档案的描述信息可以看作是派出所的户口卡。户籍卡记录了一个人的姓名、年龄、住址等信息。通过这张户口卡，警察叔叔知道了这个人的所有描述信息，除了你脑子里的知识。回到计算机，文件的所有信息都需要存储在硬盘上，所以需要将硬盘划分为区域：不同的区域存储不同类型的数据，这就是文件系统的重要作用。在Linux系统使用的ext2/ext3文件系统中，从硬盘上划出一块区域来存放文件本身的内容（数据）。这个区域是按照一个最小单位划分的：块。然后在硬盘上再划分一个区域，专门用来存放所有文件的描述信息。每个文件的描述信息由一个称为索引节点（inode）的数据结构来表示，所有文件的inode都统一放在这个硬盘区域。就像一个人的地址记录在户口簿上一样，文件的所有描述信息也记录在文件的索引节点（inode）中，包括：文件类型、所有者、创建时间等，当然还有filecontent硬盘中存储了哪些块。当我们调用打开文件API函数时，操作系统首先根据传入的文件路径找到文件的inode，然后进行一系列的权限检查操作，最后得到文件内容存储在哪些块（blocks）中infromtheinode），这样就可以读写文件的内容了。文件名只是我们用户使用的，操作系统只是通过inode节点来管理文件。当我们创建一个新文件的时候，同时创建了这个文件对应的inode节点。当我们删除一个文件时，同时删除了该文件对应的inode节点。此时，文件本身内容所在的块中的数据不会被擦除，所以一些数据恢复软件就是利用这个特性来找回数据。一句话概括：索引节点（inode）就像一张户口卡，操作系统通过inode管理所有的文件。刚才提到了硬链接，每个文件对应一个inode节点。比如有一个文件a.txt，文件内容的长度为1024字节，存放在硬盘的某个块中，假设是第10000块。那么在这个文件对应的inode节点中，会记录block10000。同时它还有一个links字段，意思是：当前inode对应一个文件，此时inode.links的值为1。这时候如果我们使用另外一个文件名a_hard_link.txt，它也会代表文件a.txt。也就是说：虽然我们使用了2个文件名，但它们本质上指向同一个文件，内容都指向第10000块存储的文件内容。Linux系统提供了硬链接来支持这个目的。它只是将inode节点中的links字段的值加1，即inode.links的值变为2。硬链接的操作指令为：$lna.txtb.txt基于硬链接，用户可以使用不同的文件名访问同一个文件，所有操作最终修改的是同一个文件。如果仅从用户的角度来看，似乎我们在操作不同的文件，但是这些文件具有自动同步的功能。这个行为有点类似于网盘：在云存储中有一个文件hello.txt，然后我有两台电脑A和B，这两台电脑会在本地为云中的文件hello.txt创建一个镜像文件，就好像这个文件在你自己的硬盘上。当我在A电脑上操作hello.txt时，B电脑上的同名文件会自动更新。因此，从行为上来说，硬链接相当于：文件复制+自动同步。我们来看看硬链接文件的删除操作。执行完$lna.txta_hard_link.txt命令后，文件对应的inode节点中的links值为2，如果我们删除a.txt，操作系统会把a.txt对应的inode中的links值减1文件，结果为1，操作系统发现不为0，所以不会删除inode。如果我们再次删除a_hard_link.txt，操作系统再次执行inode.links减1的动作，发现值变成了0，于是删除了inode，所以这个文件根本不存在。这相当于注销了一个人的户口本。从户籍管理来看，这个人已经不存在了。就算存在，也是黑户。硬链接有两个限制：不允许用户创建到目录的硬链接，即：用户不能，操作系统可以（在每个目录中思考.和..）；只有在同一个文件系统中的文件才能创建硬链接，也就是说：不能跨文件系统；软链接的引入是为了克服硬链接的两个局限性。软链接也叫符号链接，是一个独立的文件。软链接文件的内容是一个文本字符串，存放的是目标文件（即要链接的文件）的路径名。这个路径名可以指向任何文件系统中的任何文件或目录，甚至可以指向一个不存在的文件。与创建硬链接不同的是：当我们创建软链接时，操作系统会创建一个新的inode来代表软链接文件。比如有一个文件a.txt，我们创建一个软链接a_soft_link.txt指向它：$ln-sa.txta_soft_link.txt此时a.txt和a_soft_link.txt各自有自己的inode节点。图中绿色虚线表示软链接文件中的文件路径。因为软链接文件中只存储了目标文件的路径字符串，所以它可以代表文件系统中的任何文件或目录。当我们打开文件软链接a_soft_link.txt时，操作系统从a_soft_link.txt对应的inode数据结构中发现：这是一个软链接文件。于是操作系统根据其中的路径信息找到a.txt的inode节点，从而对最终的目标文件进行操作。我们来看看软链接文件的删除操作。如果我们删除目标文件a.txt，那么inode节点就会被删除，相当于它的户口卡被注销了。此时再次打开软链接a_soft_link.txt时，虽然里面的路径信息依然存在，但是此时系统已经找不到a.txt对应的inode节点了。因此，软链接类似于Windows系统中的快捷方式。当真正的目标文件被删除时，快捷方式就没有存在的意义了。软链接应用：目标程序不同版本的灵活切换在开发过程中，对于同一个工具软件，可能会安装多个不同的版本，如：Python2和Python3，JDK8和JDK9等。此时，您可以使用软链接指定当前使用的版本。例如在我的电脑中：$ll-l/usr/bin/python*lrwxrwxrwx1rootroot9Dec3108:19/usr/bin/python->python2.7*lrwxrwxrwx1rootroot9Dec3108:19/usr/bin/python2->python2.7*-rwxr-xr-x1rootroot3492624Mar204:47/usr/bin/python2.7*lrwxrwxrwx1rootroot9Dec3108:19/usr/bin/python3->python3.5*-rwxr-xr-x2rootroot4456208Jan2702:48/usr/bin/python3.5*当在终端窗口输入：python，即启动python2.7版本。如果有一天我需要使用python3.5版本，我只需要将软链接python指向python3.5即可。软链接应用：动态库版本管理在Linux系统的动态库版本管理中，有一个SONAME的概念。我们在编译动态链接库的时候，一般会使用下面的编译命令：$gcc-fPIC-shared-olibhello.sohello.c在使用这个动态库的时候，需要链接这个库：-llibhello。一个简单的demo可以这样写，但是如果遇到一些比较大的项目，需要实施严格的版本管理，应该怎么做呢？Linux系统已经为我们想到了解决方案，使用SO-NAME。首先，在编译动态链接库文件时，指定生成SO-NAME，存储在动态链接库ELF文件中。下面直接看一个优秀的开源工具libevent的例子：$ll/usr/lib/libevent-2.1.so*lrwxrwxrwx1rootroot17Jul272020/usr/lib/libevent-2.1.so->libevent-2.1.so.7lrwxrwxrwx1rootroot21Jul272020/usr/lib/libevent-2.1.so.7->libevent-2.1.so.7.0.1-rw-r--r--1rootroot412016Jul272020/usr/lib/libevent-2.1.so.7.0.1使用readelf命令查看此时生成的动态库文件libevent-2.1.so.7.0.1:$readelf-alibevent-2.1.so.7.0.1|grepSONAME0x000000000000000e(SONAME)librarysoname:[libevent-2.1.so.7]有什么好处这样做？?Linux系统查找动态链接库文件时，会在以下三个默认目录中查找（当然还有其他目录，如：当前目录，LD_LIBRARY_PATH指定的目录）/lib：存放最关键的和操作系统库文件的基础文件；/usr/lib：存放一些系统运行不需要的关键库文件；/usr/local/lib：存放用户自己安装的一些第三方库文件；系统安装的所有动态链接库，借助ldconfig这个程序会自动创建、更新或删除相应的SONAME（是软链接，链接到实际的库文件），并将这些SONAME汇总到一个文件/etc/ld.so.cache用于缓存。这样，动态库加载器在查找动态库文件时，可以直接在缓存文件中查找，加快了查找动态库的速度。软链接应用：Shortcuts软链接的快捷功能更容易理解。想一想：为什么我们要在Windows桌面上创建许多软件快捷方式？在Linux中也是如此！比如：最近工作，每次都要打开一个路径很深的文件。如果在资源管理器中鼠标逐层点击，是不是很浪费时间？此时，可以在桌面创建一个软链接，每次双击都会打开链接的目标文件。硬链接的应用：从不同角度对文件进行分类比如我有一个文件夹，里面存放了10G的照片。这些照片中的人物，拍摄的地点，拍摄的时间都不一样。现在，我不仅要对照片中的人进行分类，还要对照片的拍摄地点、照片的拍摄时间进行分类。我应该怎么办？因为一张照片可能同时属于多个不同的类别，是否真的要在每个类别中复制一张照片呢？这太浪费硬盘空间了！解决办法是：所有的照片还是放在一个通用的文件夹里，然后建立不同的分类文件夹。在每个类别文件夹中，创建指向目标照片文件的硬链接。这样一来，不仅照片归类了，而且硬盘空间也完全不被占用。硬链接应用：多人文件共享当很多人同时维护同一个文件时，如果每个人都直接操作文件，如果不小心删除了文件，大家就完蛋了！这时候，你可以在每个人自己的私有目录下，建立一个硬链接。每次只需要对这个硬链接文件进行操作，所有的改动都会自动同步到目标文件中。由于大家都在操作硬链接文件，即使不小心删除了，文件也不会丢失。因为删除硬链接文件只是将文件的inode节点中的links值减1，只要不为0，就不会真正删除文件。硬链接的应用：文件备份有些朋友有个好习惯，就是定期备份文件并清理。备份的时候，如果是真正的拷贝，真的是浪费磁盘空间，尤其是我这块只有256G硬盘空间的笔记本。此时可以使用硬链接功能，既实现了文件备份的目的，又节省了大量的硬盘空间，一举两得！很多备份工具都使用了硬链接功能，包括git工具。克隆本地仓库时，执行克隆命令：gitclone--reference
