考研笔记

文件共享

4.2.3 说无环图目录能支持共享，但没说这条”共享边”具体怎么造出来。这一节给出两种造法，它们的差别正是本节全部考点的来源。

先把共享的定义钉死：文件共享指多个用户共同使用同一个文件，系统中只保留该文件的一份副本。 “只有一份副本”是硬要求——若各存各的，一方修改后另一方看到的就是旧数据，那叫复制，不叫共享。

机制

基于索引节点的共享方式（硬链接）

这种方式只有在采用索引节点的系统中才可能，原理在 4.1.2 已经埋下：文件的物理地址等信息全在 inode 里，目录项中只有 ⟨文件名, inode 号⟩。

既然如此，让多个目录项填写同一个 inode 号，就自然实现了共享。 用户 A 的目录里有一项叫 data.txt、用户 B 的目录里有一项叫 报表，两项的 inode 号相同——它们是同一个文件的两个名字。

inode 中的链接计数 count 记录有多少个目录项指向自己。 每建立一个新链接 count 加一，每删除一个目录项 count 减一。

关键规则是：只有当 count 减到 0 时，才真正删除文件本体（回收 inode 与数据块）。 若不这样规定，文件主一删除，其他用户的目录项就成了悬空指针。

硬链接留下的一个遗留问题

王道特别指出一个不对称之处，它是本节最容易被忽略的考点：

文件主删除自己的那个目录项后，count 减一，但只要 count 仍大于 0，文件就不会被删除。 此时文件主已经不再拥有指向该文件的目录项，却仍然是 inode 中记录的所有者——在计费的系统中，他还要继续为这个文件的存储开销付费，直到最后一个共享者也删除了它。

这个问题的根源是：所有者信息记在 inode 里，而 inode 是被共享的。 删除一个名字不会改变 inode 中的所有者字段。

利用符号链接实现共享（软链接）

做法完全不同：为共享者新建一个文件，这个文件的类型标记为 LINK，它的内容就是被共享文件的路径名。

访问时，系统读到这是一个 LINK 类型的文件，就取出其中的路径，再重新走一遍完整的路径解析去找真正的目标。

符号链接文件自己有独立的 inode 和目录项，它是一个货真价实的文件，只不过内容是一个字符串。这一点是理解它全部特性的钥匙。

两种方式的能力差别从何而来

硬链接靠的是 inode 号，符号链接靠的是路径名。 两者所有的差别都能从这一句推出来：

① 能否跨文件系统。 inode 号只在本文件系统内唯一——A 文件系统的 5 号 inode 和 B 文件系统的 5 号 inode 毫无关系。因此硬链接不能跨文件系统。而路径名是全局的，所以符号链接可以跨文件系统，也可以指向网络上的文件。

② 能否指向目录。 硬链接一般不允许指向目录，因为多个目录项指向同一个目录会在命名空间里造出环，退化成 通用图目录，带来遍历死循环和引用计数失效的问题。符号链接可以指向目录——因为它只是一个存路径的文件，不会真的在目录树上加一条父子边，遍历时系统可以选择不跟随。

③ 目标被删除后会怎样。 硬链接下根本不会出现”目标被删除”——删的只是众多名字中的一个，count 减一而已，只要还有别的名字，文件就还在。符号链接下则会出现悬空链接：目标文件被真正删除后，符号链接依然存在，但其中的路径已经指向一个不存在的位置，访问时报错。

④ 访问开销。 硬链接没有任何额外开销，它和普通目录项完全一样。符号链接每次访问都要多读一个文件（读出路径），再从头解析这条路径，路径有几级就多几轮目录检索，开销明显更大。

边界

硬链接没有”原件”和”链接”之分

这是最反直觉的一点。用 ln 建立硬链接后，新旧两个目录项在系统看来完全平等——它们是同一个 inode 的两个名字，没有任何字段记录”谁是先建的”。

所以”删除原文件后硬链接还在吗”这个问题本身就问错了：系统里根本不存在”原文件”这个概念，只存在”这个 inode 现在有几个名字”。删掉任何一个名字，效果都一样：count 减一。

符号链接则完全相反：它明确区分”链接文件”和”目标文件”，两者是两个独立的文件，有各自的 inode。

链接计数与打开计数是两回事

这两个计数都控制着”文件什么时候能真正被删除”，但管的是不同的东西：

链接计数（在 inode 中）记录磁盘上有多少个目录项指向它，属于持久状态，关机后依然有效。

打开计数（在系统打开文件表中）记录当前有多少个进程打开了它，属于运行期状态，关机即消失。

类 UNIX 系统中，数据块真正被回收的条件是两者都为 0。 这解释了一个常见现象：删除一个正在被进程使用的文件，磁盘空间不会立刻释放——目录项确实没了（ls 看不到），但进程还开着它，要等进程退出后空间才回来。

符号链接为什么”更安全”

尽管符号链接会悬空，它在共享场景中反而更常用，原因是它不改变文件的所有权和责任归属。

硬链接会让文件主陷入上面那个”删了名字还要付费”的困境；而符号链接下，共享者手里只有一个存着路径的小文件，文件本体的生死完全由文件主决定。文件主删除文件后，共享者的链接失效——这在语义上是正确的，因为文件确实没了。

判据：硬链接让所有共享者对文件的存续拥有同等否决权；符号链接则把控制权完全留给文件主。

那些 @ --> 条目就是符号链接

Linux 根目录下常见的 bin -> usr/bin、lib -> usr/lib、sbin -> usr/sbin 全都是符号链接。

它们能存在，恰恰证明了符号链接的两条能力：这些目标都是目录（硬链接做不到），而且它们把访问重定向到了另一处，同时保持旧路径依然可用——这正是这类系统迁移（把 /bin 合并进 /usr/bin）能够不破坏任何已有脚本的原因。

工具显示时用 @ 标记它是符号链接、用 --> 显示它的内容（那个路径），但磁盘上它只是一个类型为 LINK、内容为 "usr/bin" 这九个字符的文件。

对照速查

硬链接（基于索引节点）符号链接（软链接）
本质多个目录项指向同一 inode一个独立文件，内容是目标路径
有无独立 inode没有，共用一个有，是另一个文件
靠什么定位inode 号路径名
跨文件系统不能（inode 号仅本文件系统内唯一）能
能否指向目录一般不允许（会成环）能
目标被删后不存在此情况，只是 count 减一悬空，访问报错
访问开销无额外开销多读一个文件 + 重新解析路径
是否区分原件不区分，完全平等区分，链接与目标是两个文件
存储开销只多一个目录项多一个文件（inode + 数据块）
两个计数在哪记什么性质
链接计数inode 中有几个目录项指向它持久，关机仍在
打开计数系统打开文件表中有几个进程打开了它运行期，关机即消失
回收条件两者都为 0

考点

  • 共享的硬要求是系统中只保留一份副本
  • 硬链接的原理是多个目录项填同一个 inode 号，靠 count 计数
  • count 为 0 才真正删除；文件主删名字后仍需为存储付费（高频细节）
  • 硬链接不能跨文件系统，原因是 inode 号只在本文件系统内唯一
  • 硬链接一般不能指向目录，原因是会成环
  • 符号链接可跨文件系统、可指向目录，但会悬空且访问开销大
  • 硬链接不区分原件与链接，两个目录项完全平等
  • 链接计数与打开计数都为 0，数据块才被回收

链接

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