inode、硬链接与软链接

在类 Unix 文件系统上，文件名并不是数据的标识，而是一条指向索引节点（inode）的目录项。多个名字可以指向同一个索引节点，一个名字也可以只是另一段路径的字符串。理解这层结构，是解释链接行为与删除语义的前提。

inode 保存什么

索引节点记录的是描述数据所需的信息，而不是文件名本身。通常包含：

• 属主与属组的标识，以及权限位
• 文件类型（普通文件、目录、符号链接、设备节点等）
• 尺寸、块计数与时间戳（访问、修改、状态变更）
• 指向数据块的地址结构，例如直接块与多级间接块
• 硬链接计数
• 设备号与 inode 号组合，用于在同一系统内标识该节点

不保存在 inode 里的内容是文件名。名字归属于目录：目录本身也是一种文件，其数据块存放的是「名字到 inode 编号」的映射表。因此重命名一个文件通常只改动目录数据，索引节点保持不变。创建时间在部分实现中独立记录，而在另一些实现中并不单独保存，这一点随文件系统而异。

目录项到 inode 的映射

目录的数据区可以看作一张线性表，每一项给出条目名与该条目的 inode 编号，并用一个字段表示该条目的记录长度。名称之后常有填充字节用于对齐，因此实际占用的空间可能大于名称长度。删除条目时，多数实现只是把前一项的记录长度扩大，把被删项并入前一项，从而在没有独立空闲链表的情况下完成回收。

查找一个路径名需要按分隔符逐段解析：在父目录的数据区里匹配名称，取出 inode 编号，再读取该 inode 判断类型，决定是否继续下一段。

硬链接

硬链接的本质是在目录中新增一条映射到同一 inode 编号的条目，并使该 inode 的硬链接计数加一。由于它只是目录项，因此存在若干限制：

• 不能跨文件系统：inode 编号只在单个文件系统内有意义，跨设备无法引用
• 通常不能指向目录：若允许，会在目录树上形成环，使遍历与父目录推导失去定义
• 硬链接与目标完全对等，没有「原始文件」的概念，各名字共享同一份属性与数据

ln target.txt hard.txt      # 新增硬链接，两项指向同一 inode
ls -l                       # 第二列即硬链接计数
stat -f hard.txt            # 查看所属文件系统的标识

多数实现限制硬链接计数为一个定长字段的表达范围，达到上限后创建会失败。

软链接

软链接是一个拥有独立 inode 的对象，其类型标记为符号链接，数据区存放的是一段路径字符串，长度通常受限于 inode 内可内联的空间。因为内容是路径，所以它的行为与硬链接并不相同：

悬空链接并不妨碍对它本身做读取属性的操作，只是通过它访问目标时会失败。以相对路径为内容的软链接在移动位置后解释基准随之变化，而以分隔符开头、自根展开的完整路径形式则不受移动影响。

删除语义与引用计数

删除文件名的操作会减少 inode 的硬链接计数。当计数降到零且没有进程持有该文件的打开句柄时，数据块才会被释放；若有进程仍持有句柄，则空间保留到句柄关闭。这一语义解释了为什么删除大文件时占用空间不立即下降。

删除软链接只删除链接自身的 inode 与目录项，目标不受影响。反过来，删除软链接的目标也不会连带删除链接，只会让它悬空。

lstat 与 readlink 的用途差异

处理链接时需要区分「作用于链接自身」与「作用于目标」两类调用：

struct stat st;
lstat("entry", &st);   /* 不跟随，取链接自身的类型与属性 */
stat("entry", &st);    /* 跟随，取目标的类型与属性 */

char buf[PATH_MAX];
ssize_t n = readlink("entry", buf, sizeof(buf) - 1);
if (n > 0) buf[n] = '\0';

lstat 用于判断条目本身是否为链接以及它的 inode 信息；readlink 用于取出链接内容这段路径字符串，它不会尝试解析目标，也不会在目标缺失时失败。要在界面上展示链接指向何处，一般先取链接内容，再按需对目标做一次属性访问。

小结

文件名与数据之间隔着一层索引节点：目录保存名字到 inode 编号的映射，inode 保存属性与数据块地址。硬链接共享同一 inode 并依赖计数决定回收，软链接拥有独立 inode 并把路径当作内容。删除、重命名与悬空判定都建立在这层结构之上。