Linux 基础 IO：深入理解软链接与硬链接

软链接的应用场景

1. 简化路径访问：当可执行文件路径很深时，可以在当前路径下建立一层软链接指向该文件，方便直接执行。
2. 系统命令扩展：可以将自定义的可执行程序放在系统指令路径（如 /usr/bin）的软链接中，这样执行时无需指定绝对路径。

下面演示一个编译 C 语言程序的例子。代码功能是打印语句。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("hello soft link\n");
    return 0;
}

编译生成可执行文件 mybin.exe 后，我们查看当前目录结构。为了能在命令行中直接执行该程序，我们可以将其软链接到 /usr/bin 目录下。由于需要写入系统目录，需要使用 sudo 提权。

首先检查 $PATH 环境变量，确认 /usr/bin 在搜索路径中。然后使用 ln -s 在 /usr/bin 下创建软链接。之后，无需带路径即可直接通过新名称执行原程序。

如果没有软链接，执行深层目录的程序需要输入很长的路径。在一个正规项目中，配置文件和可执行文件通常位于较深的目录结构中，软链接能有效解决路径调用繁琐的问题。

如何理解硬链接

硬链接不是一个独立的文件，它没有独立的 inode。多个文件名可以映射到同一个 inode，共享同一份物理数据块。

如果删除原文件，只留下硬链接文件，硬链接文件的引用计数（硬链接数）会变为 1，但 inode 编号保持不变。此时 inode 及数据块依然有效，直到所有链接都被删除。这类似于 C++ 中的引用，多个名字指向同一对象。

建立硬链接的本质，是在特定目录的数据块中新增'文件名 : inode 编号'的映射关系。

任何一个文件都有 inode，每个 inode 结构体内部都有一个引用计数器，称为硬链接数，表征有多少个文件名指向它。

通过上面的演示可以看出，原文件 file.txt 的硬链接数是 1，当我们使用 hard-link 硬链接源文件 file.txt 之后，源文件 file.txt 的硬链接数变为 2，同时硬链接文件 hard-link 的硬链接数也为 2。此时将原文件 file.txt 删除一下，看看会发生什么。

下面小编带大家认识一下 inode 中的文件属性中的一个引用计数，即硬链接数。

文件名 1:inode 编号 12345
文件名 2:inode 编号 12345
文件名 3:inode 编号 12345
文件名 4:inode 编号 12345

硬链接的应用场景

1. 路径定位与权限控制：通常用来进行路径定位，采用硬链接，可以进行目录间的路径切换，且保持相同的权限属性。
2. 数据冗余保护：由于共享数据块，删除其中一个文件名不会丢失数据，适合对重要数据进行多重备份的场景。

读者可以先思考一下，为什么目录 dir 的硬链接数是 2？这有点出乎意料。其实这与目录的特殊结构有关。上级目录是当前目录的父目录，当前目录中存在一个隐藏文件 . 指向自身，而上级目录中也包含一个 .. 指向当前目录。这些隐藏文件也是硬链接的一部分。

unlink 的本质就是在引用计数层面上减少一个文件的引用计数。对于软链接文件，unlink 删除的是这个路径文件本身；对于硬链接文件，unlink 只是减少引用计数，只有当计数归零时，才会真正释放 inode 和数据块。

同样 unlink 也可以用来删除硬链接文件。我们先创建一个普通文件 file.txt，使用 ln 对其进行硬链接。此时两个文件 inode 编号一样。使用 unlink 删除硬链接文件 hard-link，引用计数减一，但不为 0，因此文件内容不会被删除，只是移除了当前目录下的文件名映射。

利用根目录的硬链接数，我们可以知道根目录下有多少个目录文件。根目录下的每个子目录都会维护一个 .. 指向根目录，所以根目录下有多少个子目录，就会有多少个链接到根目录的硬链接。由于根目录自身也是一个硬链接数，并且根目录中还会维护一个当前目录 .，所以将根目录的硬链接数减去 2，就可以得出根目录下有多少个目录文件。

硬链接能否链接目录，为什么？

通过上面的实例，小编对目录文件进行了硬链接，可是操作系统不允许我进行硬链接。即使使用 sudo 提升权限，操作系统依旧不允许对目录文件进行硬链接。

虽然当前目录 . 和上级目录 .. 都是目录硬链接的例子，但这是操作系统内核自动管理的特殊处理。如果允许用户随意对目录建立硬链接，可能会导致文件系统遍历出现死循环。

假设在 4 号目录下，使用 ln / root 对根目录建立硬链接。当使用 find 指令从根目录下开始遍历多叉树结构的文件系统时，搜索到 4 号目录下的 root 目录，由于 root 目录是对 / 根目录的硬链接，进入 root 目录实际上就是回到了根目录。这将导致无限递归搜索，造成环路问题。

因此，操作系统禁止用户对目录文件进行硬链接，以避免此类安全风险。同时，操作系统保留了 . 和 .. 这两个隐藏文件，以提供便捷的相对路径导航功能，确保用户在操作文件时不需要每次都使用绝对路径。

既然通过上面的例子，硬链接可以链接普通文件 file.txt，那么硬链接可以链接目录文件吗？答案是否定的，除非是系统内部维护的特殊链接。