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文件名 -> inode -> device block - }. h+ Q( R5 b8 _2 [3 w0 S' e# f: k
' t8 k) ]6 K. p. r5 j+ ~% r7 K
) }! H: Z1 f6 x4 ?6 i一、inode是什么？ 理解inode，要从文件储存说起。7 t/ [: X) F8 I( u$ A
文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。
5 v$ U, Q/ m8 ?, |4 o 操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是4KB，即连续八个 sector组成一个 block。8 z, |* |% r( {! M5 G
文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。
( b: z( A9 H8 F: o/ E" w3 [# q . K1 N; m# C6 O( P1 p
二、inode的内容
t! V& v2 A" k; K2 Oinode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：6 Z+ q& k! G+ d8 K* [& K
* 文件的字节数
5 R" N0 Y) F8 H6 a; y/ X * 文件拥有者的User ID' w7 {0 d( G3 W! m
* 文件的Group ID' s& L3 G5 l' O0 G& p$ H
* 文件的读、写、执行权限2 z( j/ f. o) S1 a
* 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。6 j/ I" M2 l7 Z ~
* 链接数，即有多少文件名指向这个inode6 k! k! V, j5 ]3 Z% y
* 文件数据block的位置
; E" Z1 A, v/ Z, H J U 可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：
4 ]9 ?) E: U1 @- m2 nstat example.txt
, ?1 r4 I- W* m/ l q3 q, Q, X0 ^# Z1 P# B. [. R
: {& X; E+ U3 L/ { H; u5 S/ x
总之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于为什么没有文件名，下文会有详细解释。
$ J8 [, v% q! l9 J# q3 o; G. Z 三、inode的大小9 L. }& L2 A q
inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。6 @5 G0 f* v+ f; i
每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。0 p3 E4 k$ q0 c7 ]7 o$ ?
查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令。* S6 B$ k. p6 u0 d
df -i- A* P9 z. F6 R2 w4 T3 N! u
9 c3 {# T5 h7 U* s9 u. ^$ |; g查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：
9 I% E0 J; Z: Z; t* l. Msudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"
@# H0 S' g& \ ^4 i4 k8 Y! n6 O- C# x! d/ m7 u. o
由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。$ }" J/ T; q, U. ~: i" w
四、inode号码
; h ]3 E2 R$ u5 K. k1 ^, I每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件。9 I: b" C' k4 H9 k: J2 k
这里值得重复一遍，Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。
u3 y4 A4 H. x# R' Y. m7 R ! L" o h! [! b% o. s/ }
使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码： ls -i example.txt' X$ O6 N" n' j$ D: x% z& \& t y
1 L f' k; W! o# U j- o
五、目录文件
! p) k/ O6 I8 a2 z/ M XUnix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。
2 `1 z, B/ w$ a 目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。
- q& x# O2 b! @" Q* r ls命令只列出目录文件中的所有文件名：
6 ?% c7 p9 @& k! R! O ols /etc! N$ l" E- Z( P% K9 ?- W
0 u' R# ~% b" f( z Tls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：
, a( P! K% ^% pls -i /etc
- o/ i1 G6 v) ]8 |$ M7 P
+ A+ z6 Q O/ h$ E4 ]* ^+ ~6 A; U如果要查看文件的详细信息，就必须根据inode号码，访问inode节点，读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。$ E0 }3 T* T2 g
ls -l /etc1 N" i2 g; |9 k7 ?# }. O8 Z
: U2 c0 J: j# I$ s, r
六、硬链接
# W4 n) Z( y: M6 M a一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。但是，Unix/Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。这意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是，删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。* G+ s- h$ ?8 g" A% F2 ]6 f
; d( o& q* y& |6 ~* f
ln命令可以创建硬链接： ln 源文件 目标文件
. Q4 A! c5 y6 j) A ^4 Q
% W: y; c3 N4 r9 | u( d0 c3 T3 n运行上面这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增加1。反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域。
( Y$ b0 @, d: p# ^5 z0 K* I5 X 这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时，默认会生成两个目录项："."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码，等同于当前目录的"硬链接"；后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码，等同于父目录的"硬链接"。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于2加上它的子目录总数（含隐藏目录）,这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的".硬链接“。' w8 }* U H" L4 c5 V3 k" n
七、软链接, a* { B. B" G0 W
除了硬链接以外，还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。- H: R* C2 h6 x( w0 B/ O4 z
这意味着，文件A依赖于文件B而存在，如果删除了文件B，打开文件A就会报错："No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。
+ @+ r4 v7 j! _# h0 P5 B8 N3 L8 u ln -s命令可以创建软链接。4 q# a5 L: ~5 W+ H" E
ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录 D D3 M0 [5 k
- T4 }* ~! T* j
八、inode的特殊作用
, W: r' O: q. a3 l# E) e) p由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。
% j8 v; g1 f* G% C9 ~+ Z$ E 1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。7 M' x' A! y6 V' V7 ]9 r/ X
2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。
# U; \, T, U0 ]' T Z& d 3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。; v1 d& l7 ?8 E5 i M% K3 R. ]
第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。- E4 m2 p9 A+ q) W, m9 a4 m6 J
九 实际问题 在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了66%，还有12G的剩余空间，按理说不会出现这种问题。 后来用df -i查看了一下/data分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。
1 Y, p' Z) I: h5 T! J/ D; h4 w9 L 查找原因：
8 l( B% Q& B8 w, t/ d- b/ } /data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。
( F7 w" A& n. M" w
解决方案：
0 y% r4 a0 {8 {3 b) { 1、删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。
1 Z% f4 e5 `" r4 D, T" B% z 2、用软连接将空闲分区/opt中的newcache目录连接到/data/cache，使用/opt分区的inode来缓解/data分区inode不足的问题：; o( }6 \6 J7 H- I; p7 t4 J* T
ln -s /opt/newcache /data/cache 1 f; }0 j, o; X
+ d0 x% h% W5 M! [4 S, ?
# n- @* r7 L* x' _8 e" E
' w, G7 M) F* |$ _+ d
4 B# w& {4 [# T$ ]+ b- H2 B" r |
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发表于 2019-12-10 10:42
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