inode(Linux系統中的inode是什么)

操作系統的文件數據除了實際內容之外,通常含有非常多的屬性,例如Linux操作系統的文件權限與文件屬性。文件系統通常會將這兩部分內容分別存放在inode和block中。

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”(Sector)。每個扇區儲存512字節(相當于0.5KB)。

操作系統讀取硬盤的時候,不會一個個扇區地讀取,這樣效率太低,而是一次性連續讀取多個扇區,即一次性讀取一個”塊”(block)。這種由多個扇區組成的”塊”,是文件存取的最小單位?！眽K”的大小,最常見的是4KB,即連續八個 sector組成一個 block。

文件數據都儲存在”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,比如文件的創建者、文件的創建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區域就叫做inode,中文譯名為”索引節點”。

二、inode的內容

inode包含文件的元信息,具體來說有以下內容:

* 文件的字節數

* 文件擁有者的User ID

* 文件的Group ID

* 文件的讀、寫、執行權限

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

* 鏈接數,即有多少文件名指向這個inode

* 文件數據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,操作系統自動將硬盤分成兩個區域。一個是數據區,存放文件數據;另一個是inode區(inode table),存放inode所包含的信息。

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

查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量,可以使用df命令。

df-i

查看每個inode節點的大小,可以用如下命令:

sudodumpe2fs-h/dev/hda|grep"Inodesize"

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

四、inode號碼

每個inode都有一個號碼,操作系統用inode號碼來識別不同的文件。

這里值得重復一遍,Unix/Linux系統內部不使用文件名,而使用inode號碼來識別文件。對于系統來說,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,系統內部這個過程分成三步:首先,系統找到這個文件名對應的inode號碼;其次,通過inode號碼,獲取inode信息;最后,根據inode信息,找到文件數據所在的block,讀出數據。

使用ls -i命令,可以看到文件名對應的inode號碼:

ls-iexample.txt

五、目錄文件

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

目錄文件的結構非常簡單,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inode號碼,訪問inode節點,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”關系,每個inode號碼對應一個文件名。但是,Unix/Linux系統允許,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容;對文件內容進行修改,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”,記錄指向該inode的文件名總數,這時就會增加1。反過來,刪除一個文件名,就會使得inode節點中的”鏈接數”減1。當這個值減到0,表明沒有文件名指向這個inode,系統就會回收這個inode號碼,以及其所對應block區域。

這里順便說一下目錄文件的”鏈接數”。創建目錄時,默認會生成兩個目錄項:”.”和”..”。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼,等同于當前目錄的”硬鏈接”;后者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的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,總是等于2加上它的子目錄總數(含隱藏目錄),這里的2是父目錄對其的“硬鏈接”和當前目錄下的”.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的內容是文件B的路徑。讀取文件A時,系統會自動將訪問者導向文件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”不會因此發生變化。

ln -s命令可以創建軟鏈接。

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,這種機制導致了一些Unix/Linux系統特有的現象。

\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,可以在不關閉軟件的情況下進行更新,不需要重啟。因為系統通過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服務器(內存、硬盤比較小)的/data分區內創建文件時,系統提示磁盤空間不足,用df -h命令查看了一下磁盤使用情況,發現/data分區只使用了66%,還有12G的剩余空間,按理說不會出現這種問題。 后來用df -i查看了一下/data分區的索引節點(inode),發現已經用滿(IUsed=100%),導致系統無法創建新目錄和文件。

查找原因:

/data/cache目錄中存在數量非常多的小字節緩存文件,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分區的一部分inode。 2、用軟連接將空閑分區/opt中的newcache目錄連接到/data/cache,使用/opt分區的inode來緩解/data分區inode不足的問題:

ln-s/opt/newcache/data/cache