Linux のハードリンクとソフトリンクの区別

Linux には、2 種類のファイル接続があります。1 つは Windows のショートカットに似ており、対象のファイル (またはディレクトリ) にすばやくリンクできます。これはソフトリンク、またはシンボリックリンクと呼ばれます。もう 1 つは、新しいファイルを作成する代わりに、ファイルシステムの inode 接続を通じて新しいファイル名を生成する方法です。これはハードリンクと呼ばれ、エンティティリンクとも呼ばれます。ソフトリンクとハードリンクはまったく異なるものです。

1. ハードリンク

1.1 はじめに

一般的に、ファイル名と inode 番号は 1 対 1 で対応しており、各 inode 番号はファイル名に対応します。ただし、Unix/Linux システムでは、複数のファイル名が同じ inode 番号を指すことができます。つまり、同じコンテンツに異なるファイル名を使用してアクセスできます。ファイルコンテンツを変更すると、すべてのファイル名に影響しますが、1 つのファイル名を削除しても、別のファイル名へのアクセスには影響しません。この状況は「ハードリンク」と呼ばれます。

ln コマンドはハードリンクを作成できます:

ln <ソースファイル> <ハードリンク>

上記のコマンドを実行すると、ソースファイルとターゲットファイルの inode 番号は同じになり、両方が同じ inode を指します。 inode 情報には「リンク数」という項目があり、inode を指しているファイル名の総数が記録されており、このとき 1 増加します。逆に、ファイル名を削除すると、inode ノード内の「リンク数」が 1 減少します。この値が 0 に減少すると、この inode を指すファイル名がないことを示し、システムはこの inode 番号とそれに対応するブロック領域をリサイクルします。

さて、ディレクトリファイルの「リンク数」についてお話します。ディレクトリを作成すると、デフォルトで「」と「…」の 2 つのディレクトリエントリが生成されます。前者の inode 番号は現在のディレクトリの inode 番号であり、これは現在のディレクトリの「ハードリンク」に相当します。後者の inode 番号は現在のディレクトリの親ディレクトリの inode 番号であり、これは親ディレクトリの「ハードリンク」に相当します。したがって、任意のディレクトリの「ハードリンク」の合計数は、常に 2 とそのサブディレクトリ (隠しディレクトリを含む) の合計数の合計に等しくなります。ここで、2 はディレクトリ名自体への「ハードリンク」と、現在のディレクトリ内の「.」への「ハードリンク」を指します。

1.2 ハードリンクとinodeの関係

ハードリンクは、基本的に、ソースファイルと同じ inode にマップされるファイルのエイリアスです。次に、ソースファイル lvlv.txt とハードリンク lvlv_hd.txt をそれぞれ /etc ディレクトリと /root ディレクトリに作成し、ファイルのプロパティを確認します。

#ハードリンク ln /etc/lvlv.txt /root/lvlv_hd.txt を作成します 

#ファイル属性を一覧表示する ll -i /etc/lvlv.txt
7792474 -rw---x--x 2 b3335 b3335 22 11月9日 21:05 lvlv.txt
ll -i /root/lvlv_hd.txt
7792474 -rw---x--x 2 b3335 b3335 22 11月9日 21:05 lvlv_hd.txt

上記から、ハードリンク /etc/lvlv_hd.txt の inode はソースファイル lvlv.txt と同じであり、その他の情報もまったく同じであることがわかります。ストレージ図は次のとおりです。

図の内容は、ディレクトリ /root 内のハードリンク lvlv_hd.txt と /etc 内のファイル lvlv.txt が同じ inode を介して同じファイルコンテンツをポイントしていることを示しています。ディレクトリのデータエンティティには、各ファイル名とファイルの inode 番号が記録されます。ハードリンクは本質的にファイルのエイリアスであることがわかります。

1.3 ハードリンクに関する注意事項

ハードリンクには 2 つの制限があります。
(1) ファイルシステムをまたぐことはできません。ハードリンクはファイルのエイリアスにすぎず、独立したファイルではありません。したがって、単一のファイルシステムでのみ実行でき、ファイルシステムをまたぐことはできません。

（２）ディレクトリに接続できません。ディレクトリに接続されたハードリンクにより、ディレクトリの inode と物理ブロックがループを形成する可能性があるためです。このとき、ディレクトリが削除されると、ディレクトリエンティティブロックはシステムからアクセスできなくなり、孤立したディレクトリ (ルートディレクトリからアクセスできなくなる) になります。孤立したディレクトリの inode とエンティティブロックを削除する場合は、マーク付けとクリーニングを実行する必要がありますが、これはディスク上で操作するのに非常に時間がかかります。ソフトリンクでは、ターゲットディレクトリのリンク数が増加しないため、この問題は発生しません。

たとえば、/etc ディレクトリまたはそのサブディレクトリにハードリンク /etc/etc_hd が作成されると、次の図に示すようにループが形成されます。

このとき、/etc ディレクトリを削除するためにrm -r /etcを実行しても、/etc の inode とブロックがまだ残っているため、実際には /etc ディレクトリは削除されず、孤立したディレクトリになります。このとき、ルートディレクトリから /etc にアクセスすることはできません。

2. ソフトリンク

ハードリンクとは異なり、ソフトリンクは独自の inode を持つ独立したファイルを作成しますが、このファイルは接続されているファイルへのデータの読み取りを指示します。ポインティング操作としてファイルのみが使用されるため、ソースファイルが削除されると、ソフトリンクファイルは「開けません」というメッセージが表示され、削除されたソースファイルは見つかりません。

ソフトリンクを作成し、そのソフトリンクのプロパティを表示してみましょう。

#ソフトリンクを作成 $ ln -s /etc/lvlv.txt lvlv_sb.txt

#ファイル属性を表示 $ ll -i 
7792474 -rw---x--x 2 b3335 b3335 22 11月9日 21:05 lvlv.txt
[b3335@MIC ルート]$ ll -i 
7792478 lrwxrwxrwx 1 b3335 b3335 11月13日 15:23 lvlv_sb.txt -> /etc/lvlv.txt

ソフトリンクのinodeノードはソースファイルlvlv.txtとは異なり、ソフトリンクのサイズは文字列「/etc/lvlv.txt」13の長さと正確に等しいことがわかります。ソフトリンクは別の新しいファイルであり、ファイルの内容はポイントされたファイルのパスであることがわかります。

以下は、lvlv.txt ファイルを例として示したソフトリンクの概略図です。