Linux下的inode的理解

文件名 -> inode -> device block?

一、inode是什么？

理解inode，要從文件儲存說起。

文件儲存在硬盤上，硬盤的最小存儲單位叫做"扇區(qū)"（Sector）。每個扇區(qū)儲存512字節(jié)（相當(dāng)于0.5KB）。

操作系統(tǒng)讀取硬盤的時候，不會一個個扇區(qū)地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續(xù)讀取多個扇區(qū)，即一次性讀取一個"塊"（block）。這種由多個扇區(qū)組成的"塊"，是文件存取的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4KB，即連續(xù)八個 sector組成一個 block。

文件數(shù)據(jù)都儲存在"塊"中，那么很顯然，我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，比如文件的創(chuàng)建者、文件的創(chuàng)建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區(qū)域就叫做inode，中文譯名為"索引節(jié)點"。

二、inode的內(nèi)容

inode包含文件的元信息，具體來說有以下內(nèi)容：

* 文件的字節(jié)數(shù)

* 文件擁有者的User ID

* 文件的Group ID

* 文件的讀、寫、執(zhí)行權(quán)限

* 文件的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指文件內(nèi)容上一次變動的時間，atime指文件上一次打開的時間。

* 鏈接數(shù)，即有多少文件名指向這個inode

* 文件數(shù)據(jù)block的位置

可以用stat命令，查看某個文件的inode信息：

stat example.txt

總之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于為什么沒有文件名，下文會有詳細解釋。

三、inode的大小

inode也會消耗硬盤空間，所以硬盤格式化的時候，操作系統(tǒng)自動將硬盤分成兩個區(qū)域。一個是數(shù)據(jù)區(qū)，存放文件數(shù)據(jù)；另一個是inode區(qū)（inode table），存放inode所包含的信息。

每個inode節(jié)點的大小，一般是128字節(jié)或256字節(jié)。inode節(jié)點的總數(shù)，在格式化時就給定，一般是每1KB或每2KB就設(shè)置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中，每個inode節(jié)點的大小為128字節(jié)，每1KB就設(shè)置一個inode，那么inode table的大小就會達到128MB，占整塊硬盤的12.8%。

查看每個硬盤分區(qū)的inode總數(shù)和已經(jīng)使用的數(shù)量，可以使用df命令。

df -i

查看每個inode節(jié)點的大小，可以用如下命令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

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

四、inode號碼

每個inode都有一個號碼，操作系統(tǒng)用inode號碼來識別不同的文件。

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號碼來識別文件。對于系統(tǒng)來說，文件名只是inode號碼便于識別的別稱或者綽號。表面上，用戶通過文件名，打開文件。實際上，系統(tǒng)內(nèi)部這個過程分成三步：首先，系統(tǒng)找到這個文件名對應(yīng)的inode號碼；其次，通過inode號碼，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)。

使用ls -i命令，可以看到文件名對應(yīng)的inode號碼：

ls -i example.txt

五、目錄文件

Unix/Linux系統(tǒng)中，目錄（directory）也是一種文件。打開目錄，實際上就是打開目錄文件。

目錄文件的結(jié)構(gòu)非常簡單，就是一系列目錄項（dirent）的列表。每個目錄項，由兩部分組成：所包含文件的文件名，以及該文件名對應(yīng)的inode號碼。

ls命令只列出目錄文件中的所有文件名：

ls /etc

ls -i命令列出整個目錄文件，即文件名和inode號碼：

ls -i /etc

如果要查看文件的詳細信息，就必須根據(jù)inode號碼，訪問inode節(jié)點，讀取信息。ls -l命令列出文件的詳細信息。

ls -l /etc

六、硬鏈接

一般情況下，文件名和inode號碼是"一一對應(yīng)"關(guān)系，每個inode號碼對應(yīng)一個文件名。但是，Unix/Linux系統(tǒng)允許，多個文件名指向同一個inode號碼。這意味著，可以用不同的文件名訪問同樣的內(nèi)容；對文件內(nèi)容進行修改，會影響到所有文件名；但是，刪除一個文件名，不影響另一個文件名的訪問。這種情況就被稱為"硬鏈接"（hard link）。

ln命令可以創(chuàng)建硬鏈接：

ln 源文件 目標文件

運行上面這條命令以后，源文件與目標文件的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode信息中有一項叫做"鏈接數(shù)"，記錄指向該inode的文件名總數(shù)，這時就會增加1。反過來，刪除一個文件名，就會使得inode節(jié)點中的"鏈接數(shù)"減1。當(dāng)這個值減到0，表明沒有文件名指向這個inode，系統(tǒng)就會回收這個inode號碼，以及其所對應(yīng)block區(qū)域。

這里順便說一下目錄文件的"鏈接數(shù)"。創(chuàng)建目錄時，默認會生成兩個目錄項："."和".."。前者的inode號碼就是當(dāng)前目錄的inode號碼，等同于當(dāng)前目錄的"硬鏈接"；后者的inode號碼就是當(dāng)前目錄的父目錄的inode號碼，等同于父目錄的"硬鏈接"。所以，任何一個目錄的"硬鏈接"總數(shù)，總是等于2加上它的子目錄總數(shù)（含隱藏目錄）,這里的2是父目錄對其的“硬鏈接”和當(dāng)前目錄下的".硬鏈接“。

七、軟鏈接

除了硬鏈接以外，還有一種特殊情況。文件A和文件B的inode號碼雖然不一樣，但是文件A的內(nèi)容是文件B的路徑。讀取文件A時，系統(tǒng)會自動將訪問者導(dǎo)向文件B。因此，無論打開哪一個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱為文件B的"軟鏈接"（soft link）或者"符號鏈接（symbolic link）。

這意味著，文件A依賴于文件B而存在，如果刪除了文件B，打開文件A就會報錯："No such file or directory"。這是軟鏈接與硬鏈接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode號碼，文件B的inode"鏈接數(shù)"不會因此發(fā)生變化。

ln -s命令可以創(chuàng)建軟鏈接。

ln -s 源文文件或目錄 目標文件或目錄

八、inode的特殊作用

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

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

2. 移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼。

3. 打開一個文件以后，系統(tǒng)就以inode號碼來識別這個文件，不再考慮文件名。因此，通常來說，系統(tǒng)無法從inode號碼得知文件名。

第3點使得軟件更新變得簡單，可以在不關(guān)閉軟件的情況下進行更新，不需要重啟。因為系統(tǒng)通過inode號碼，識別運行中的文件，不通過文件名。更新的時候，新版文件以同樣的文件名，生成一個新的inode，不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。

九 實際問題

在一臺配置較低的Linux服務(wù)器（內(nèi)存、硬盤比較小）的/data分區(qū)內(nèi)創(chuàng)建文件時，系統(tǒng)提示磁盤空間不足，用df -h命令查看了一下磁盤使用情況，發(fā)現(xiàn)/data分區(qū)只使用了66%，還有12G的剩余空間，按理說不會出現(xiàn)這種問題。?后來用df -i查看了一下/data分區(qū)的索引節(jié)點(inode)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)用滿(IUsed=100%)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法創(chuàng)建新目錄和文件。?

查找原因：

/data/cache目錄中存在數(shù)量非常多的小字節(jié)緩存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。

解決方案：
1、刪除/data/cache目錄中的部分文件，釋放出/data分區(qū)的一部分inode。
2、用軟連接將空閑分區(qū)/opt中的newcache目錄連接到/data/cache，使用/opt分區(qū)的inode來緩解/data分區(qū)inode不足的問題：
ln -s /opt/newcache /data/cache?

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