索引结点的初步认识

对于整个计算机系统的资源管理，我们可以认为，OS先将这些资源的数据信息，给描述起来构成一个部分，然后再将它们组织起来，就能够实现由OS集中管理。举一个最经典的例子，进程的引入是为了实现程序的并发执行，同一时间间隔内，系统中可能存在大量的进程，OS就需要对这些进程进行管理。首先，OS将进程的各种属性信息描述起来，形成了一个叫做PCB的数据结构，Linux上的PCB叫做task_struct。然后，再将这些PCB组织起来，组织的方式多种多样，例如链接、索引等。

文件的原理也是如此。文件可以视为文件名 + 文件属性 + 文件内容。OS利用文件控制块，简称FCB，对文件进行控制。文件控制块就是一个结构体，这个结构体里存放了用于控制文件所需要的各种信息。

FCB的有序集合称为文件目录，一个FCB就是一个目录文件项。
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而Linux系统的文件目录采用了文件名和文件属性描述信息分离的策略。

文件名	文件属性描述信息
file1	…
file2	…
file3	…
…	…

若你有一定的编程经验，猜都可以猜出，Linux系统绝对不会把一个文件的属性描述信息，直接一坨就放进文件目录中。一是不方便维护，二是不方便检索。
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Linux系统将文件的描述信息单独封装起来，放进一个结构体中，这个结构体我们就把它叫索引结点，又可以叫做inode、i结点。Linux的文件目录中不直接存放文件属性的描述信息，而是通过存放索引结点的地址，指向索引结点，就能够找到了。综上，Linux的文件目录的每一个文件目录项由文件名 + 索引结点指针组成。

索引结点的深入、结合文件目录和打开文件表

磁盘上有一份索引结点，叫做磁盘索引结点。每一个文件都有唯一的磁盘索引结点与之相对应。如果文件被打开，系统会将对应的磁盘索引结点拷贝一份到内存中，内存中的索引结点叫做内存索引结点，但是内存索引结点在磁盘索引结点的基础之上增加了一些信息，例如索引结点编号。

用户想要对文件进行操作了，首先要使用open系统调用打开文件

//打开一个文件，写入内容，关闭文件
1 #include <stdio.h>
  2 #include <string.h>
  3 #include <stdlib.h>
  4 #include <unistd.h>
  5 #include <sys/types.h>
  6 #include <sys/stat.h>
  7 #include <fcntl.h>
  8            
  9 int main(void)                                                                       
 10 {                                                    
 11   //打开文件
 12   int fd = open("./log.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0644);  
 13   if(fd < 0){
 14     perror("open");                    
 15     exit(-1);                    
 16   }                                                  
 17   //对文件写入                        
 18   const char* str = "hello Donyan Yang.\n";                                                                                                              
 19   ssize_t word = write(fd, str, strlen(str));           
 20   if(word < 0){                      
 21     //写入失败                   
 22     printf("Write Failed!\n");                       
 23   }                                   
 24                    
 25   //关闭文件                                            
 26   close(fd);                         
 27   return 0;
 28 }

也许你没有自己显式地去调用过open系统调用，但只要涉及文件打开，它的底层都会去调用open，C语言里的库函数fopen本质上也是封装了系统调用open。调用open，系统会根据文件名去磁盘上的文件目录里检索，找到该文件对应的inode，然后把它的inode复制到内存里。操作系统会在内存维护一张表，叫做打开文件表，这个表里存放着所有已经打开文件的信息，可以加快搜索文件的效率。inode就是复制到这个打开文件表里（其实也就是一个数组），按照顺序依次存放在表内，并且返回当前inode在打开文件表内的下标，这个下标就是所谓的文件描述符， Windows下叫做文件句柄。open系统调用，返回对应打开文件的文件描述符，通过文件描述符就可以找到该文件对应的inode，控制了文件的inode，这不就把它拿捏了吗？
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打开文件后，使用write、read、close等对文件进行操作的系统调用，使用的都是文件描述符，通过文件描述符就可以拿捏住文件，所以打开文件表内没有必要像文件目录一样把文件名也保存起来。

这里的重点不是文件打开表和文件描述符，所以点到为止。

文件共享方式

Windows和Linux系统下，采用了树形结构的目录。
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在树形结构目录下，我们如何在两个不同目录下，访问到同一份文件呢？也许你会直接使用cp命令，将这份文件拷贝到另一个目录下，但这并不是最优的办法。拷贝文件到另一个目录下，实际上就是多了一个文件名、文件内容、部分文件属性信息和原来文件相同的文件。虽然看上去这两个文件是一样的，但它们属于不同的两个文件！！！两者之间不存在关联，一个文件的修改并不会影响另外一文件。既然属于不同的文件，系统会为多出来的文件分配空间、建立FCB、为了维护它而消耗资源。很多情况下，用户可能不需要一份新的文件，例如只是想读取到它的数据、文件修改的时候另一个目录下的这个文件也能跟着被修改…等等，这个时候可以采用文件共享。文件共享不仅可以达成我们的目的，而且在很大程度上减轻了资源的消耗。

文件共享常用的两种方式：硬链接、软链接

硬链接

硬链接的思想建立在索引结点上。其思想如图所示：
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建立硬链接，简而言之，就是在特定的目录下，增加一对文件名和inode的映射关系。

索引结点内部有一个数据，叫做链接数，记录了此时这个inode所关联的文件个数，建立一个硬链接，链接数就会+1。当删除某一个文件时，系统并不会立刻删掉inode，而是去检查它的链接数。如果链接数大于0，说明还有其他文件和这个inode相关联，那么只会删除这个文件目录对应的目录项；如果链接数等于0，说明没有文件和该inode关联，删除所有对应的信息即可。上面这个例子，文件名允许两个myfile.c同时存在，这是因为它们处于不同的目录下，所以文件名可以相同。如果你想在同一个目录下建立硬链接，原理是一样的，但是文件名不可以重复。
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在分析的时候，我们需要使用要命令ls -l -i -a命令，可以查看目录下，各个文件的硬链接数和inode编号。

Linux上创建硬链接，使用命令ln 已存在文件增加文件
例1：在同一个目录下创建硬链接。

现象，硬链接数变成了2，并且这两个文件所对应的inode是一样的，因为它们的inode编号相同。共享同一个inode,说明这两个文件现在是共享的，唯一的区别只是文件名不同，如果不放心，还可以用stat查看这两个文件的属性信息。
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有一个点值得注意，如果你在此之前没有建立过硬链接，现在去查看链接数，会发现.这个文件的硬链接数是2。.表示的是当前目录，当前目录也是一个文件。它上一级所属的文件目录内已经包含了当前文件lesson14与对应inode的映射关系，而系统又自动为lesson14所属的文件目录内建立了文件名为.的文件和那个inode的映射关系。因此，.文件对应的链接数是2。

例1：在不同的目录下创建硬链接。
Linux上创建硬链接还可以使用link命令，具体使用方法link 已存在文件新增文件
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软链接

软链接和硬链接的思想是完全不同的，软链接又叫做符号链接。
Linux上建立软链接的方法：在硬链接原来的命令内加-s即可，也就是ln -s 已存在文件增加文件。
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软链接的思想，是利用原来的文件，建立一个叫做LINK类型的新文件。这个LINK类型文件我们可以把它想象成是一个空壳子，它真正拥有的只有文件名，并且目录下这个文件会包含这个LINK类型文件对应的路径。当用户要去访问newfile.c这个文件时，OS发现这个文件是LINK类型的文件，就会根据路径去找到真正的文件源。

来看一个小故事：
注意看，这个女人叫小美，他的搭档叫小帅，小帅拥有一个五百平米的停车库，地址在麻瓜市麻瓜村开心街道1号，它取名为帅帅牌仓库，放着很多炫酷的机车。小美想要和小帅共享这个仓库，小帅同意了，然后小美自己又对它取了个名字叫做美美牌仓库，并且小美对外称自己拥有一个叫做美美牌的仓库，地址在麻瓜市苦瓜区咕噜街道8号。当她要用仓库里的东西的时候，她就去所谓美美牌仓库找，而实际上是跑去了帅帅牌仓库里找。

这个故事里的行为，和软链接的原理是一样的。

软链接行为里，只有真正的文件源才有inode。就像故事里只有帅帅牌仓库才真正拥有机车，而美美牌仓库并没有。当用户访问LINK类型文件时，表面上看OS根据这个文件进行了检索和一系列的操作，实际上OS根据它提供的文件路径，转变为对该路径上的文件的访问。

软链接可以直接删除主文件，其他软链接产生的文件不会限制主文件。主文件删除了以后，其他相关的LINK类型文件就类似于悬空指针一样（我还指向你，但是你已经消失了）。用户要去访问LINK类型文件时， OS根据路径去找，没有找到，就访问失败了。