Linux——inode

inode是一个重要概念&＃xff0c;是理解Unix/Linux文件系统和硬盘储存的基础。

一、inode是什么&＃xff1f;

理解inode&＃xff0c;要从文件储存说起。

文件储存在硬盘上&＃xff0c;硬盘的最小存储单位叫做"扇区"&＃xff08;Sector&＃xff09;。每个扇区储存512字节&＃xff08;相当于0.5KB&＃xff09;。

操作系统读取硬盘的时候&＃xff0c;不会一个个扇区地读取&＃xff0c;这样效率太低&＃xff0c;而是一次性连续读取多个扇区&＃xff0c;即一次性读取一个"块"&＃xff08;block&＃xff09;。这种由多个扇区组成的"块"&＃xff0c;是文件存取的最小单位。"块"的大小&＃xff0c;最常见的是4KB&＃xff0c;即连续八个 sector组成一个 block。

文件数据都储存在"块"中&＃xff0c;那么很显然&＃xff0c;我们还必须找到一个地方储存文件的元信息&＃xff0c;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&＃xff0c;中文译名为"索引节点"。

每一个文件都有对应的inode&＃xff0c;里面包含了与该文件有关的一些信息。

二、inode的内容

inode包含文件的元信息&＃xff0c;具体来说有以下内容&＃xff1a;

　　* 文件的字节数

　　* 文件拥有者的User ID

　　* 文件的Group ID

　　* 文件的读、写、执行权限

　　* 文件的时间戳&＃xff0c;共有三个&＃xff1a;ctime指inode上一次变动的时间&＃xff0c;mtime指文件内容上一次变动的时间&＃xff0c;atime指文件上一次打开的时间。

　　* 链接数&＃xff0c;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&＃xff0c;查看某个文件的inode信息&＃xff1a;

　　stat example.txt

总之&＃xff0c;除了文件名以外的所有文件信息&＃xff0c;都存在inode之中。至于为什么没有文件名&＃xff0c;下文会有详细解释。

三、inode的大小

inode也会消耗硬盘空间&＃xff0c;所以硬盘格式化的时候&＃xff0c;操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区&＃xff0c;存放文件数据&＃xff1b;另一个是inode区&＃xff08;inode table&＃xff09;&＃xff0c;存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小&＃xff0c;一般是128字节或256字节。inode节点的总数&＃xff0c;在格式化时就给定&＃xff0c;一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中&＃xff0c;每个inode节点的大小为128字节&＃xff0c;每1KB就设置一个inode&＃xff0c;那么inode table的大小就会达到128MB&＃xff0c;占整块硬盘的12.8%。

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量&＃xff0c;可以使用df命令。

　　df -i

查看每个inode节点的大小&＃xff0c;可以用如下命令&＃xff1a;

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

由于每个文件都必须有一个inode&＃xff0c;因此有可能发生inode已经用光&＃xff0c;但是硬盘还未存满的情况。这时&＃xff0c;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&＃xff0c;操作系统用inode号码来识别不同的文件。

这里值得重复一遍&＃xff0c;Unix/Linux系统内部不使用文件名&＃xff0c;而使用inode号码来识别文件。对于系统来说&＃xff0c;文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。

表面上&＃xff0c;用户通过文件名&＃xff0c;打开文件。实际上&＃xff0c;系统内部这个过程分成三步&＃xff1a;首先&＃xff0c;系统找到这个文件名对应的inode号码&＃xff1b;其次&＃xff0c;通过inode号码&＃xff0c;获取inode信息&＃xff1b;最后&＃xff0c;根据inode信息&＃xff0c;找到文件数据所在的block&＃xff0c;读出数据。

使用ls -i命令&＃xff0c;可以看到文件名对应的inode号码&＃xff1a;

　　ls -i example.txt

五、目录文件

Unix/Linux系统中&＃xff0c;目录&＃xff08;directory&＃xff09;也是一种文件。打开目录&＃xff0c;实际上就是打开目录文件。

目录文件的结构非常简单&＃xff0c;就是一系列目录项&＃xff08;dirent&＃xff09;的列表。每个目录项&＃xff0c;由两部分组成&＃xff1a;所包含文件的文件名&＃xff0c;以及该文件名对应的inode号码。

ls命令只列出目录文件中的所有文件名&＃xff1a;

　　ls /etc

ls -i命令列出整个目录文件&＃xff0c;即文件名和inode号码&＃xff1a;

　　ls -i /etc

如果要查看文件的详细信息&＃xff0c;就必须根据inode号码&＃xff0c;访问inode节点&＃xff0c;读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

　　ls -l /etc

理解了上面这些知识&＃xff0c;就能理解目录的权限。目录文件的读权限&＃xff08;r&＃xff09;和写权限&＃xff08;w&＃xff09;&＃xff0c;都是针对目录文件本身。由于目录文件内只有文件名和inode号码&＃xff0c;所以如果只有读权限&＃xff0c;只能获取文件名&＃xff0c;无法获取其他信息&＃xff0c;因为其他信息都储存在inode节点中&＃xff0c;而读取inode节点内的信息需要目录文件的执行权限&＃xff08;x&＃xff09;。

六、硬链接

一般情况下&＃xff0c;文件名和inode号码是"一一对应"关系&＃xff0c;每个inode号码对应一个文件名。但是&＃xff0c;Unix/Linux系统允许&＃xff0c;多个文件名指向同一个inode号码。

这意味着&＃xff0c;可以用不同的文件名访问同样的内容&＃xff1b;对文件内容进行修改&＃xff0c;会影响到所有文件名&＃xff1b;但是&＃xff0c;删除一个文件名&＃xff0c;不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"&＃xff08;hard link&＃xff09;。

ln命令可以创建硬链接&＃xff1a;

　　ln 源文件 目标文件

运行上面这条命令以后&＃xff0c;源文件与目标文件的inode号码相同&＃xff0c;都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"&＃xff0c;记录指向该inode的文件名总数&＃xff0c;这时就会增加1。

反过来&＃xff0c;删除一个文件名&＃xff0c;就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0&＃xff0c;表明没有文件名指向这个inode&＃xff0c;系统就会回收这个inode号码&＃xff0c;以及其所对应block区域。

这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时&＃xff0c;默认会生成两个目录项&＃xff1a;"."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码&＃xff0c;等同于当前目录的"硬链接"&＃xff1b;后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码&＃xff0c;等同于父目录的"硬链接"。所以&＃xff0c;任何一个目录的"硬链接"总数&＃xff0c;总是等于2加上它的子目录总数&＃xff08;含隐藏目录&＃xff09;。

七、软链接

除了硬链接以外&＃xff0c;还有一种特殊情况。

文件A和文件B的inode号码虽然不一样&＃xff0c;但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时&＃xff0c;系统会自动将访问者导向文件B。因此&＃xff0c;无论打开哪一个文件&＃xff0c;最终读取的都是文件B。这时&＃xff0c;文件A就称为文件B的"软链接"&＃xff08;soft link&＃xff09;或者"符号链接&＃xff08;symbolic link&＃xff09;。

这意味着&＃xff0c;文件A依赖于文件B而存在&＃xff0c;如果删除了文件B&＃xff0c;打开文件A就会报错&＃xff1a;"No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同&＃xff1a;文件A指向文件B的文件名&＃xff0c;而不是文件B的inode号码&＃xff0c;文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。

ln -s命令可以创建软链接。

　　ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录

八、inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离&＃xff0c;这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

　　1. 有时&＃xff0c;文件名包含特殊字符&＃xff0c;无法正常删除。这时&＃xff0c;直接删除inode节点&＃xff0c;就能起到删除文件的作用。

　　2. 移动文件或重命名文件&＃xff0c;只是改变文件名&＃xff0c;不影响inode号码。

　　3. 打开一个文件以后&＃xff0c;系统就以inode号码来识别这个文件&＃xff0c;不再考虑文件名。因此&＃xff0c;通常来说&＃xff0c;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&＃xff0c;可以在不关闭软件的情况下进行更新&＃xff0c;不需要重启。因为系统通过inode号码&＃xff0c;识别运行中的文件&＃xff0c;不通过文件名。更新的时候&＃xff0c;新版文件以同样的文件名&＃xff0c;生成一个新的inode&＃xff0c;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&＃xff0c;文件名就自动指向新版文件&＃xff0c;旧版文件的inode则被回收。

&＃xff08;完&＃xff09;转自&＃xff1a;《理解inode》