inode的基礎(chǔ)知識(shí)

文件儲(chǔ)存在硬盤(pán)上，硬盤(pán)的最小存儲(chǔ)單位叫做扇區(qū)Sector。每個(gè)扇區(qū)儲(chǔ)存512字節(jié)相當(dāng)于0.5KB。

操作系統(tǒng)讀取硬盤(pán)的時(shí)候，不會(huì)一個(gè)個(gè)扇區(qū)地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續(xù)讀取多個(gè)扇區(qū)，即一次性讀取一個(gè)塊block。

這種由多個(gè)扇區(qū)組成的塊，是文件存取的最小單位。塊的大小，最常見(jiàn)的是4KB，即連續(xù)八個(gè)扇區(qū)組成一個(gè)塊。

文件數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在塊中，那么很顯然，我們還必須找到一個(gè)地方儲(chǔ)存文件的元信息。

比如文件的創(chuàng)建者、文件的創(chuàng)建日期、文件的大小等等。這種儲(chǔ)存文件元信息的區(qū)域就叫做inode，中文譯名為索引節(jié)點(diǎn)。

inode 信息

inode包含文件的元信息，具體來(lái)說(shuō)有這些內(nèi)容。Size文件的字節(jié)數(shù)。Uid文件擁有者的用戶(hù)ID。Gid文件的Group ID。

Access: (0664/-rw-rw-r--)文件的讀、寫(xiě)、執(zhí)行權(quán)限。Links鏈接數(shù)，即有多少文件指向這個(gè)inode。

Blocks文件所使用的總塊數(shù)。IO Block文件數(shù)據(jù)block的大小，此數(shù)據(jù)是在分區(qū)的時(shí)候指定，單位是字節(jié)。

文件的時(shí)間戳，共有三個(gè)。Change: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800也就是ctime指inode上一次改變的時(shí)間。

Modify: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800也就是mtime指文件內(nèi)容上一次修改的時(shí)間。

Access: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800也就是atime指文件上一次打開(kāi)的時(shí)間。

我們可以運(yùn)行stat命令查看某個(gè)文件的inode信息，例如命令stat example.txt查看example.txt文件的元信息。

stat example.txt

File: example.txt
  Size: 0         	Blocks: 0          IO Block: 4096   regular empty file
Device: 814h/2068d	Inode: 855322      Links: 1
Access: (0664/-rw-rw-r--)  Uid: ( 1000/ myfreax)   Gid: ( 1000/ myfreax)
Access: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800
Modify: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800
Change: 2022-12-19 21:15:11.119221489 +0800
 Birth: -

總之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于為什么沒(méi)有文件名，是因?yàn)槲募鎯?chǔ)在目錄中。

目錄是一個(gè)特殊的文件，它存儲(chǔ)文件名與inode的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。目錄包含的信息包括inode號(hào)碼，文件名，文件名稱(chēng)的長(zhǎng)度。

inode 大小

inode也會(huì)消耗硬盤(pán)空間，所以硬盤(pán)格式化的時(shí)候，操作系統(tǒng)自動(dòng)將硬盤(pán)分成兩個(gè)區(qū)域。

一個(gè)是數(shù)據(jù)區(qū)，存放文件數(shù)據(jù)。另一個(gè)是inode區(qū)，通常稱(chēng)為inode table，存放inode所包含的信息。

每個(gè)inode節(jié)點(diǎn)的大小，一般是128字節(jié)或256字節(jié)。inode節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，在格式化時(shí)就指定，一般是每1KB或每2KB就設(shè)置一個(gè)inode。

假設(shè)在一塊1GB的硬盤(pán)中，每個(gè)inode節(jié)點(diǎn)的大小為128字節(jié)，每1KB就設(shè)置一個(gè)inode，那么inode table的大小就會(huì)達(dá)到128MB，占整塊硬盤(pán)的12.8%。

要查看每個(gè)硬盤(pán)分區(qū)的inode總數(shù)和已經(jīng)使用的數(shù)量，可以運(yùn)行df命令df -i。

df -i

Filesystem        Inodes  IUsed     IFree IUse% Mounted on
udev             2029095    655   2028440    1% /dev
tmpfs            2039243   1272   2037971    1% /run
/dev/sdb4        3383296 836357   2546939   25% /
tmpfs            2039243   1249   2037994    1% /dev/shm
tmpfs            2039243      8   2039235    1% /run/lock
tmpfs            2039243     19   2039224    1% /sys/fs/cgroup

由于每個(gè)文件都必須有一個(gè)inode，因此有可能發(fā)生inode已經(jīng)用光，但是硬盤(pán)還未存滿(mǎn)的情況。這時(shí)，就無(wú)法在硬盤(pán)上創(chuàng)建新文件。

inode 號(hào)碼

每個(gè)inode都有一個(gè)號(hào)碼，操作系統(tǒng)用inode號(hào)碼來(lái)識(shí)別不同的文件。

這里值得重復(fù)一遍，Unix/Linux系統(tǒng)內(nèi)部不使用文件名，而使用inode號(hào)碼來(lái)識(shí)別文件。對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，文件名只是inode號(hào)碼便于識(shí)別的別稱(chēng)或者綽號(hào)。

表面上，用戶(hù)通過(guò)文件名打開(kāi)文件。實(shí)際上，系統(tǒng)內(nèi)部將這個(gè)過(guò)程分成三步。首先，系統(tǒng)找到這個(gè)文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào)碼。

其次通過(guò)inode號(hào)碼，獲取inode信息，最后，根據(jù)inode信息，找到文件數(shù)據(jù)所在的block，讀出數(shù)據(jù)。

如果你需要知道文件對(duì)應(yīng)的inode編碼，可以運(yùn)行命令ls -i命令。

ls -i example.txt

鏈接文件

一般情況下，文件和inode號(hào)碼是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，每個(gè)inode號(hào)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)文件。但是，Unix/Linux系統(tǒng)允許多個(gè)文件名指向同一個(gè)inode號(hào)碼。

這意味著，可以以不同的文件名訪(fǎng)問(wèn)文件。對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行修改，會(huì)影響到原始文件。

但是刪除一個(gè)文件，不影響另一個(gè)文件的訪(fǎng)問(wèn)。這種情況就被稱(chēng)為硬鏈接hard link。要?jiǎng)?chuàng)建文件的硬鏈接，可以運(yùn)行l(wèi)n命令ln example.txt example1.txt。

ls -i example1.txt example.txt

828860 example1.txt  828860 example.txt

當(dāng)對(duì)文件創(chuàng)建硬鏈接后，源文件與目標(biāo)文件的inode號(hào)碼相同，都指向同一個(gè)inode。這一點(diǎn)決定了硬鏈接不能跨分區(qū)創(chuàng)建。

每個(gè)分區(qū)都有自己的inode表，如果硬鏈接可以跨分區(qū)創(chuàng)建的話(huà)，可能就是出現(xiàn)目標(biāo)分區(qū)沒(méi)有相同inode號(hào)碼或者覆蓋已經(jīng)存在文件等等。

在inode保護(hù)的信息中有一項(xiàng)叫做鏈接數(shù)，記錄指向inode的文件名總數(shù)，當(dāng)為文件創(chuàng)建硬鏈接時(shí)就會(huì)加1。

反過(guò)來(lái)，刪除鏈接文件，就會(huì)使得inode節(jié)點(diǎn)中的鏈接數(shù)減1。當(dāng)這個(gè)值減到0，表明沒(méi)有文件名指向這個(gè)inode，系統(tǒng)就會(huì)回收這個(gè)inode 號(hào)碼以及其所對(duì)應(yīng)block區(qū)域。

軟鏈接并不像硬鏈接那樣，擁有相同的inode號(hào)碼，軟鏈接文件有自己的獨(dú)立的inode號(hào)碼。

當(dāng)你為你文件創(chuàng)建軟鏈接時(shí)，原始文件inode信息的鏈接數(shù)也不會(huì)增加，刪除文件的軟鏈接原始文件inode也不會(huì)減少。

inode 特殊作用

由于inode號(hào)碼與文件名分離，這種機(jī)制導(dǎo)致了一些Unix/Linux系統(tǒng)特有的現(xiàn)象。

有時(shí)，文件名包含特殊字符，無(wú)法正常刪除。這時(shí)，直接刪除inode節(jié)點(diǎn)，就能起到刪除文件的作用。

移動(dòng)文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號(hào)碼。

打開(kāi)一個(gè)文件以后，系統(tǒng)就以inode號(hào)碼來(lái)識(shí)別這個(gè)文件，不再考慮文件名。因此，通常來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)無(wú)法從inode號(hào)碼得知文件名。

第3點(diǎn)使得軟件更新變得簡(jiǎn)單，可以在不關(guān)閉軟件的情況下進(jìn)行更新，不需要重啟。因?yàn)橄到y(tǒng)通過(guò)inode號(hào)碼，識(shí)別運(yùn)行中的文件，不通過(guò)文件名。

更新的時(shí)候，新版文件以同樣的文件名，生成一個(gè)新的inode，不會(huì)影響到運(yùn)行中的文件。

等到下一次運(yùn)行這個(gè)軟件的時(shí)候，文件名就自動(dòng)指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。