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Linux文件系統(tǒng)中的inode節(jié)點詳細介紹

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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:

復(fù)制代碼
代碼如下:
  * 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:

復(fù)制代碼
代碼如下:
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。

復(fù)制代碼
代碼如下:
df -i

查看每個inode節(jié)點的大小,可以用如下命令:

復(fù)制代碼
代碼如下:
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:

復(fù)制代碼
代碼如下:

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:

復(fù)制代碼
代碼如下:
ls /etc

ls -i命令列出整個目錄文件,即文件名和inode號碼:

復(fù)制代碼
代碼如下:
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。

復(fù)制代碼
代碼如下:
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(biāo)文件
運行上面這條命令以后,源文件與目標(biāo)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。
 

復(fù)制代碼
代碼如下:
ln -s命令可以創(chuàng)建軟鏈接。
ln -s 源文文件或目錄 目標(biāo)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?。┑?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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