深入理解Linux引用计数机制 (linux 引用计数)

引用计数是Linux内核中一个基本概念，是实现对象回收机制的一种方式，特别是对于文件系统中的文件节点，引用计数机制十分重要。本文将深入探讨Linux中的引用计数机制。

什么是引用计数？

在进程创建一个对象时，通常会分配一个内存块用于存储对象的数据，同时还会分配一块内存来存储对象用于管理的数据，比如访问计数器、锁、指向其他对象的指针等等。其中，访问计数器就是引用计数，用于记录当前对象被引用的次数。

当一个新对象创建时，引用计数通常从1开始，表示有一个对象指向它。当有其他对象指向它时，它的引用计数就会加1；当对象指向它的其他对象被释放时，它的引用计数就会减1。只有当引用计数降至0时，对象才会被销毁。

在Linux内核中，引用计数机制被广泛使用，比如在文件系统inode节点、网络协议栈中的套接字、块设备中的缓冲区等等。在这些对象中，引用计数的值可以通过特殊的API来获取和更新。这些API通常包括get()和put()函数。

在文件系统inodes的引用计数中，通常使用i_count字段来记录引用计数的值。在网络协议栈中的套接字中，使用sk->sk_refcnt来记录引用计数的值。在块设备中的缓冲区中，使用bh->b_count来记录引用计数的值。

在Linux内核中，引用计数通常是通过读写锁来保护的。引用计数以原子方式更新，以避免并发访问问题。

何时使用引用计数？

在Linux内核中，引用计数机制通常用于实现对象回收机制。由于内核需要管理大量的对象，很难利用垃圾回收器来自动处理不再被引用的对象。因此，在Linux中，内存管理和回收通常是在内核中手动进行的。

当一个对象被创建时，内核会将它添加到相应的管理列表中。当对象不再被使用时，内核会将其从管理列表中删除，并将其内存释放回内存池中。

在实现对象回收机制时，引用计数机制是一种特别有用和高效的方法。通过引用计数，内核可以在对象不再被使用时立即释放其内存，而不必等待垃圾回收器进行回收。这样可以大大减少内存的使用，提高系统性能。

实例分析

下面以文件系统inode节点为例进行分析。inode是文件系统中的数据结构，用于描述文件、目录和符号链接等类型的对象。inode节点包含了文件的元数据信息，比如文件大小、创建时间、修改时间等等。

在inode节点中，引用计数可以用于实现文件的删除和回收。当文件被打开时，系统会为该文件的inode节点增加一个引用计数。当文件被关闭时，引用计数会减1。只有当引用计数降至0时，该文件的inode节点才会被销毁。

这种引用计数机制可以避免文件被多次删除。比如，在一个文件正在被使用时，系统管理员可能希望删除该文件。这种情况下，如果没有引用计数机制，系统可能会立即删除该文件。但由于该文件还在被使用，当打开该文件的进程再次访问该文件时，系统会因找不到该文件而崩溃。因此，使用引用计数机制可以避免这种情况的发生。

引用计数机制也可以用于避免文件被链接到多个目录中。当一个文件节点被链接到某个目录中时，系统会为该目录的inode节点增加一个引用计数。当该文件所在的目录被删除时，引用计数会减1。只有当引用计数降至0时，该目录的inode节点才会被销毁。这种机制可以保证系统中同一文件只存在一个副本，避免文件的重复。同时，还可以减少目录的内存使用，提高系统性能。

引用计数是Linux内核中一个非常重要的概念，用于实现对象回收机制。引用计数机制是一种高效的方法，可以避免垃圾回收器的性能问题，同时也可以避免因对象被多次删除而导致系统崩溃等问题。

在Linux内核中，引用计数机制被广泛使用，比如在文件系统inode节点、网络协议栈中的套接字、块设备中的缓冲区等等。想要，需要仔细研究相关的API和数据结构，并尝试分析其实际应用场景。

相关问题拓展阅读：

• Linux基本命令

Linux基本命令

# ls -l

总用量 44

-rw——.root —- root07 1 月14 18:18 anaconda-ks.cfg

权限–引用计数 所有者 — 所属组— 大小– 文件修改时间 文件名

ls

选项:

-a :显示所有文件

–color=when:支持颜色输出

-d :显示目录信息,而不是目录下的文件

-h :人性化显示﹐按照我们习惯的显示文件大小

-i :显示文件的i节点号

-l:长格式显示

pwd 命令是查询当前所在的目录的绝对路径

选项：

-L （默认值）打印环境变量”$PWD”的值，可能为符号链接。

-P 打印当前工作目录的物理位置。

mkdir

是创建目录的命令

选项：

-Z：设置安全上下文，当使用SELinux时有效；

-m或–mode：建立目录的同时设置目录的权限；

-p或–parents：若所要建立目录的上层目录目前尚未建立，则会一并建立上层目录；

rmdir

是删除空目录的命令

-p： 递归删除目录

touch 是 创建空文件或修改文件的时间戳

# touch 文件名

-a：或–time=atime或–time=access或–time=use 只更改存取时间；

-c：或–no-create 不建立任何文件；

-d： 使用指定的日期时间，而非现在的时间；

-f：此参数将忽略不予处理，仅负责解决BSD版本touch指令的兼容性问题；

-m：或–time=mtime或–time=modify 只更该变动时间；

-r： 把指定文件或目录的日期时间，统统设成和参考文件或目录的日期时间相同；

-t： 使用指定的日期时间，而非现在的时间；

–help：在线帮助；

–version：显示版本信息。

stat 是查看文件详细信息的命令，而且可以看到文件的这三个时间戳

选项：

-L：支持符号连接；

-f：显示文件系统状态而非文件状态；

-t：以简洁方式输出信息；

cat 命令用来查看文件内容

选项：

-A： 相当于-vET 选项的整合，用于列出所有隐藏符号

-E： 列出每行结尾的回车符$

-n： 显示行号

-T： 把 Tab 键用^I显示出来

-v： 列出特殊字符

more 是分屏显示文件的命令

less 是分行显示文件的绝游命令

用less命令显示文件时，侍宏派用PageUp键向上翻页，用PageDown键向下翻页。要退出less程序，应按Q键。

选项：

-e：文件内容显示完毕后，自动退出；

-f：强制显示文件；

-g：不加亮显示搜索到的所有关键词，仅显示当前显示的关键字，以提高显示速度；

-l：搜索时忽略大小写的差异；

-N：每一行行首显示行号；

-s：将连续多个空行压缩成一行显示；

-S：在单行显示较长的内容，而不换行显示；

-x：将TAB字符显示为指定个数的空格字符。

head 是用来显示文件开头的命令

选项：

-c –bytes=NUM显示前NUM字节；如果NUM前有”-“，那么会打印除了文件末尾的NUM字节以外的其他内容。

-n, –lines=NUM显示前NUM行而不是默认的10行；如果NUM前有”-“，那么会打印除了文件末尾的NUM行以外的其他行。

-q, –quiet, –silent 不打印文件名行。

-v, –verbose总是打印文件名行。

-z, –zero-terminated 行终止符为NUL而不是换行符。

tail 是用来显示文件末尾的命令

选项：

-c, –bytes=NUM 输出文件尾部的NUM（NUM为整数老贺）个字节内容。

-f, –follow 显示文件最新追加的内容。“name”表示以文件名的方式监视文件的变化。

-F 与 “–follow=name –retry” 功能相同。

-n, –line=NUM 输出文件的尾部NUM（NUM位数字）行内容。

–pid= 与“-f”选项连用，当指定的进程号的进程终止后，自动退出tail命令。

-q, –quiet, –silent当有多个文件参数时，不输出各个文件名。

–retry即是在tail命令启动时，文件不可访问或者文件稍后变得不可访问，都始终尝试打开文件。使用此选项时需要与选项“–follow=name”连用。

-s, –sleep-interal= 与“-f”选项连用，指定监视文件变化时间隔的秒数。

-v, –verbose 当有多个文件参数时，总是输出各个文件名。

ln 是用来为文件创建链接的命令

# ln 源文件 目标文件

选项：

-s： 建立软链接文件。如果不加“-s”选项，则建立硬链接文件

-f： 强制。如果目标文件已经存在，则删除目标文件后再建立链接文件

-d, -F, –directory 创建指向目录的硬链接(只适用于超级用户)

-f, –force 强行删除任何已存在的目标文件

-i, –interactive覆盖既有文件之前先询问用户

-L, –logical 取消引用作为软链接的目标

-n, –no-dereference把软链接的目的目录视为一般文件

-P, –physical直接将硬链接到软链接

-r, –relative创建相对于链接位置的软链接

-s, –symbolic对源文件建立软链接

硬链接特征：

源文件和硬链接文件拥有相同的 Inode 和 Block

 修改任意一个文件，另一个都改变

 删除任意一个文件，另一个都能使用

 硬链接标记不清，很难确认硬链接文件位置，不建议使用

 硬链接不能链接目录

 硬链接不能跨分区

软链接特征：

 软链接和源文件拥有不同的 Inode 和 Block

 两个文件修改任意一个，另一个都改变

 删除软链接，源文件不受影响；删除源文件，软链接不能使用

 软链接没有实际数据，只保存源文件的 Inode，不论源文件多大，软链接大小不变

 软链接的权限是更大权限 lrwxrwxrwx.，但是由于没有实际数据，最终访问时需要参考源文

件权限

 软链接可以链接目录

 软链接可以跨分区

 软链接特征明显，建议使用软连接

rm 是强大的删除命令，不仅可以删除文件，也可以删除目录

# rm 文件或目录

选项：

d：直接把欲删除的目录的硬连接数据删除成0，删除该目录；

-f：强制删除文件或目录；

-i：删除已有文件或目录之前先询问用户；

-r：递归处理，将指定目录下的所有文件与子目录一并处理；

–preserve-root：不对根目录进行递归操作；

-v：显示指令的详细执行过程。

cp 是文件或目录用于复制的命令

# cp 源文件 目标文件

选项：

-a：此参数的效果和同时指定”-dpR”参数相同；

-d：当复制软链接时，把目标文件或目录也建立为软链接，并指向与源文件或目录连接的原始文件或目录；

-f：强行复制文件或目录，不论目标文件或目录是否已存在；

-i：覆盖既有文件之前先询问用户；

-l：对源文件建立硬连接，而非复制文件；

-p：保留源文件或目录的属性；

-r：递归处理，将指定目录下的所有文件与子目录一并处理；

-s：对源文件建立软链接，而非复制文件；

-u：使用这项参数后只会在源文件的更改时间较目标文件更新时或是名称相互对应的目标文件并不存在时，才复制文件；

-S：在备份文件时，用指定的后缀“SUFFIX”代替文件的默认后缀；

-b：覆盖已存在的文件目标前将目标文件备份；

-v：详细显示命令执行的操作。

mv 是用来对文件或目录重新命名，或者将文件移动至其他目录

# mv 源文件 目标文件

选项：

-b：当文件存在时，覆盖前，为其创建一个备份；

-f：若目标文件或目录与现有的文件或目录重复，则直接覆盖现有的文件或目录；

-i：交互式操作，覆盖前先行询问用户，如果源文件与目标文件或目标目录中的文件同名，则询问用户是否覆盖目标文件。用户输入”y”，表示将覆盖目标文件；输入”n”，表示取消对源文件的移动。这样可以避免误将文件覆盖。

–strip-trailing-slashes：删除源文件中的斜杠“

/

”；

-S：为备份文件指定后缀，而不使用默认的后缀；

–target-directory=：指定源文件要移动到目标目录；

-u：当源文件比目标文件新或者目标文件不存在时，才执行移动操作。

# ls -l install.log

-rw-r–r–. 1 root root月:17 install.log

之一列的权限位如果不计算最后的“.”，则共有 10 位。

第 2～4 位代表文件所有者的权限。

chmod 用来变更文件或目录的权限

# chmod 权限模式 文件名

选项：

-c, –changes：当文件的权限更改时输出操作信息。

–no-preserve-root：不将’/’特殊化处理，默认选项。

–preserve-root：不能在根目录下递归操作。

-f, –silent, –quiet：抑制多数错误消息的输出。

-v, –verbose：无论文件是否更改了权限，一律输出操作信息。

–reference=RFILE：使用参考文件或参考目录RFILE的权限来设置目标文件或目录的权限。

-R, –recursive：对目录以及目录下的文件递归执行更改权限操作。

用户身份

首先，读、写、执行权限对文件和目录的作用是不同的。

目录的可用权限其实只有以下几个。

chown 是修改文件和目录的所有者和所属组的命令

# chown 所有者:所属组 文件或目录

选项：

-c或——changes：效果类似“-v”参数，但仅回报更改的部分；

-f或–quite或——silent：不显示错误信息；

-h或–no-dereference：只对软链接的文件作修改，而不更改其他任何相关文件；

-R或——recursive：递归处理，将指定目录下的所有文件及子目录一并处理；

-v或——version：显示指令执行过程；

–reference=：把指定文件或目录的拥有者与所属群组全部设成和参考文件或目录的拥有者与所属群组相同；

普通用户不能修改文件的所有者，哪怕自己是这个文件的所有者也不行

普通用户可以修改所有者是自己的文件的权限

chgrp 是修改文件和目录的所属组的命令

# chgrp 所属组 文件或目录

-R 递归式地改变指定目录及其下的所有子目录和文件的所属的组

-c或——changes：效果类似“-v”参数，但仅回报更改的部分；

-f或–quiet或——silent：不显示错误信息；

-h或–no-dereference：只对符号连接的文件作修改，而不是该其他任何相关文件；

-H如果命令行参数是一个通到目录的软链接，则遍历软链接

-R或——recursive：递归处理，将指令目录下的所有文件及子目录一并处理；

-L：遍历每一个遇到的通到目录的软链接

-P：不遍历任何符号链接（默认）

-v或——verbose：显示指令执行过程；

–reference=：把指定文件或目录的所属群组全部设成和参考文件或目录的所属群组相同；

umask 是显示或设置创建文件的权限掩码。我们需要先了解一下新建文件和目录的默认更大权限。

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