Индексные дескрипторы, жёсткие и символические ссылки

Индексный дескриптор (inode)

В классических файловых системах Unix (ext2/3/4, UFS) у каждого файла есть индексный дескриптор — запись фиксированного размера в таблице inode на диске. Он хранит всё о файле, кроме имени:

Каталог: имя → номер inode

Каталог — файл, состоящий из записей «имя → номер inode». Имени в inode нет, поэтому у одного файла может быть несколько имён.

ls -i                   # показать номера inode
stat notes.txt          # Links: 2

Жёсткие ссылки

Жёсткая ссылка — ещё одна запись каталога с тем же номером inode:

ln notes.txt backup.txt     # системный вызов link("notes.txt", "backup.txt")

• оба имени равноправны — «оригинала» нет;
• счётчик ссылок inode увеличивается;
• rm (системный вызов unlink) удаляет имя и уменьшает счётчик;
• inode и блоки освобождаются, когда счётчик ссылок = 0 и файл никем не открыт.

Почему нельзя на другое устройство

Это вопрос 4(в) экзамена.

Ещё причины: счётчик ссылок хранится в inode на своём устройстве — другая ФС не может его изменить; при размонтировании одного раздела ссылка вела бы в никуда; разные ФС могут вообще не иметь понятия inode (FAT).

Тот же EXDEV возвращает rename() между разными ФС — поэтому mv между разделами на самом деле копирует и удаляет.

Также обычно нельзя создавать жёсткие ссылки на каталоги: появились бы циклы в дереве, и .. стало бы неоднозначным.

Символические ссылки

Символическая ссылка — отдельный маленький файл (свой inode, тип l), содержимое которого — путь:

ln -s /mnt/usb/data.txt link.txt     # symlink("/mnt/usb/data.txt", "link.txt")
ls -l link.txt
lrwxrwxrwx 1 anna anna 17 окт 25 link.txt -> /mnt/usb/data.txt
readlink link.txt

• может указывать куда угодно: другая ФС, каталог, несуществующий файл;
• при открытии ядро подставляет путь и продолжает поиск (с ограничением на число переходов — защита от циклов, ошибка ELOOP);
• если цель удалить — ссылка «висит» (dangling).

Удаление открытого файла

int fd = open("/tmp/tmpdata", O_RDWR | O_CREAT, 0600);
unlink("/tmp/tmpdata");     /* имени больше нет, но файл жив */
write(fd, buf, n);          /* работает */
close(fd);                  /* только теперь место освобождается */

Поэтому df может показывать занятое место после удаления большого журнала, если служба держит его открытым.

Итог

• inode хранит всё о файле, кроме имени; каталог — таблица «имя → номер inode».
• Жёсткая ссылка — ещё одно имя того же inode; счётчик ссылок; данные удаляются при 0 ссылок и 0 открытий.
• Жёсткую ссылку нельзя сделать на другую ФС: номер inode уникален только внутри своей ФС, link() → EXDEV.
• Символическая ссылка хранит путь и может вести куда угодно, но может «повиснуть».