大神是怎样理解Linux的inode的

haidaowang

文件名 -> inode -> device block

! d( O& C9 Y6 Z! |' f  x

一、inode是什么？

理解inode，要从文件储存说起。
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）。

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。
2 F5 Z5 p' X* \$ t' n1 k

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"。
" G9 G3 ]( {' a/ u

  v& d! x! `3 p! z9 L二、inode的内容
8 C3 ~" ]+ r* C: Yinode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：
　　* 文件的字节数
$ z" i1 a, H$ P" j+ W1 g2 z+ h　　* 文件拥有者的User ID
; k6 ]+ |0 E. `" B) E　　* 文件的Group ID
　　* 文件的读、写、执行权限
　　* 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。
　　* 链接数，即有多少文件名指向这个inode
　　* 文件数据block的位置

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：
$ ]  b: n. Z  k* _7 ?- C; C5 M+ nstat example.txt

9 Z# ]' D2 R! h6 {8 G2 F" |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。

三、inode的大小
0 p  y% I: D4 D) l) w, R; Winode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。
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 k* u/ k4 x' E

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。
2 y4 B' B0 n2 U" U4 x5 ydf -i
* @$ I) K9 y+ I' Y$ H; S$ I; J
2 o' y% h$ {2 F5 b5 W; N查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：
* y9 X$ D% L+ @3 C7 h/ y, Gsudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"
9 n7 ~) a* E+ I$ h4 w
6 F# ]6 N& |; y6 Z9 Z3 H) O. Q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。

四、inode号码
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。
, M$ Y1 S8 k8 N6 p7 e6 }8 P& d

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。
( `7 x4 D6 j' z4 v( v6 L5 Q+ N

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：

ls -i example.txt

' c# K9 @5 j8 P. z0 x五、目录文件
6 V  ?) X/ k) ?- Y: l0 tUnix/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。
! v& s$ h, J% |3 g

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。
5 o' T) }6 r. G* E' T; d* J5 U" ~. C

ls命令只列出目录文件中的所有文件名：
: |  O4 R. h$ B8 kls /etc
) Y5 C0 U0 x, w% p) M
7 v4 j, i# Y/ I6 Z" p. qls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：
ls -i /etc

) ]/ c2 ?6 G% O* D: |- A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。
ls -l /etc
/ `. n# o9 i0 R3 ?

六、硬链接
4 k8 s/ U0 j/ `5 |: f) S! Z- g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）。
8 W1 _. W( Z8 ]
2 r+ ~# Z8 n8 [- y& q

ln命令可以创建硬链接：

ln 源文件 目标文件
$ @  ^+ k. J6 ]2 }+ j* g: t( w: }& w3 I
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。
, P- {' q& v7 W% E6 f! V

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“。

七、软链接
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）。
! m3 E# \- A* O8 b3 y& U/ b7 v6 N

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。
; W+ ]3 |$ ~/ Y6 p% A8 _

ln -s命令可以创建软链接。
! n) S! Z# m% C& q; b5 @5 [. Aln -s 源文文件或目录 目标文件或目录
: E1 ^! N/ b: Z# K. p! o( N

八、inode的特殊作用
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。
4 @% K) q  ^8 m$ X/ |　　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。
　　2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。
& N, }# w# G$ ^5 Y　　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。
      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。
. D9 @& D; U( F% N4 q8 z

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。
3 W' Y. L  H$ n" q% U2 v

查找原因：

　　/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。

解决方案：
　　1、删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。
" f- L/ E2 u  w! r! ^- y　　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：
4 a! e- \/ A/ U; T. y) G" T　　ln -s /opt/newcache /data/cache

WNSKS

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