Linux檔案系統中的inode節點詳細介紹

2021-08-17 21:47:50 字數 3734 閱讀 1999

理解inode，要從檔案儲存說起。

檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小儲存單位叫做」扇區」（sector）。每個扇區儲存512位元組（相當於0.5kb）。

作業系統讀取硬碟的時候，不會乙個個扇區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取乙個」塊」（block）。這種由多個扇區組成的」塊」，是檔案訪問的最小單位。」塊」的大小，最常見的是4kb，即連續八個 sector組成乙個 block。

檔案資料都儲存在」塊」中，那麼很顯然，我們還必須找到乙個地方儲存檔案的元資訊，比如檔案的建立者、檔案的建立日期、檔案的大小等等。這種儲存檔案元資訊的區域就叫做inode，中文譯名為」索引節點」。

inode包含檔案的元資訊，具體來說有以下內容：

* 檔案的位元組數


* 檔案擁有者的user id


* 檔案的group id


* 檔案的讀、寫、執行許可權


* 鏈結數，即有多少檔名指向這個inode


* 檔案資料block的位置


可以用stat命令，檢視某個檔案的inode資訊：
stat example.txt


總之，除了檔名以外的所有檔案資訊，都存在inode之中。至於為什麼沒有檔名，下文會有詳細解釋。
inode也會消耗硬碟空間，所以硬碟格式化的時候，作業系統自動將硬碟分成兩個區域。乙個是資料區，存放檔案資料；另乙個是inode區（inode table），存放inode所包含的資訊。

每個inode節點的大小，一般是128位元組或256位元組。inode節點的總數，在格式化時就給定，一般是每1kb或每2kb就設定乙個inode。假定在一塊1gb的硬碟中，每個inode節點的大小為128位元組，每1kb就設定乙個inode，那麼inode table的大小就會達到128mb，佔整塊硬碟的12.8%。

檢視每個硬碟分割槽的inode總數和已經使用的數量，可以使用df命令。

df -i
檢視每個inode節點的大小，可以用如下命令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "inode size"
由於每個檔案都必須有乙個inode，因此有可能發生inode已經用光，但是硬碟還未存滿的情況。這時，就無法在硬碟上建立新檔案。

每個inode都有乙個號碼，作業系統用inode號碼來識別不同的檔案。

這裡值得重複一遍，unix/linux系統內部不使用檔名，而使用inode號碼來識別檔案。對於系統來說，檔名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。表面上，使用者通過檔名，開啟檔案。實際上，系統內部這個過程分成三步：首先，系統找到這個檔名對應的inode號碼；其次，通過inode號碼，獲取inode資訊；最後，根據inode資訊，找到檔案資料所在的block，讀出資料。

使用ls -i命令，可以看到檔名對應的inode號碼：

ls -i example.txt
unix/linux系統中，目錄（directory）也是一種檔案。開啟目錄，實際上就是開啟目錄檔案。

目錄檔案的結構非常簡單，就是一系列目錄項（dirent）的列表。每個目錄項，由兩部分組成：所包含檔案的檔名，以及該檔名對應的inode號碼。

ls命令只列出目錄檔案中的所有檔名：

ls /etc
ls -i命令列出整個目錄檔案，即檔名和inode號碼：

ls -i /etc
如果要檢視檔案的詳細資訊，就必須根據inode號碼，訪問inode節點，讀取資訊。ls -l命令列出檔案的詳細資訊。

ls -l /etc
一般情況下，檔名和inode號碼是」一一對應」關係，每個inode號碼對應乙個檔名。但是，unix/linux系統允許，多個檔名指向同乙個inode號碼。這意味著，可以用不同的檔名訪問同樣的內容；對檔案內容進行修改，會影響到所有檔名；但是，刪除乙個檔名，不影響另乙個檔名的訪問。這種情況就被稱為」硬鏈結」（hard link）。

ln 原始檔 目標檔案
執行上面這條命令以後，原始檔與目標檔案的inode號碼相同，都指向同乙個inode。inode資訊中有一項叫做」鏈結數」，記錄指向該inode的檔名總數，這時就會增加1。反過來，刪除乙個檔名，就會使得inode節點中的」鏈結數」減1。當這個值減到0，表明沒有檔名指向這個inode，系統就會**這個inode號碼，以及其所對應block區域。

這裡順便說一下目錄檔案的」鏈結數」。建立目錄時，缺省會生成兩個目錄項：」.」和」..」。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼，等同於當前目錄的」硬鏈結」；後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼，等同於父目錄的」硬鏈結」。所以，任何乙個目錄的」硬鏈結」總數，總是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）,這裡的2是父目錄對其的「硬鏈結」和當前目錄下的」.硬鏈結「。

除了硬鏈結以外，還有一種特殊情況。檔案a和檔案b的inode號碼雖然不一樣，但是檔案a的內容是檔案b的路徑。讀取檔案a時，系統會自動將訪問者導向檔案b。因此，無論開啟哪乙個檔案，最終讀取的都是檔案b。這時，檔案a就稱為檔案b的」軟鏈結」（soft link）或者」符號鏈結（symbolic link）。

這意味著，檔案a依賴於檔案b而存在，如果刪除了檔案b，開啟檔案a就會報錯：」no such file or directory」。這是軟鏈結與硬鏈結最大的不同：檔案a指向檔案b的檔名，而不是檔案b的inode號碼，檔案b的inode」鏈結數」不會因此發生變化。

ln -s命令可以建立軟鏈結。


ln -s 源文檔案或目錄 目標檔案或目錄
由於inode號碼與檔名分離，這種機制導致了一些unix/linux系統特有的現象。

1. 有時，檔名包含特殊字元，無法正常刪除。這時，直接刪除inode節點，就能起到刪除檔案的作用。


2. 移動檔案或重新命名檔案，只是改變檔名，不影響inode號碼。


3. 開啟乙個檔案以後，系統就以inode號碼來識別這個檔案，不再考慮檔名。因此，通常來說，系統無法從inode號碼得知檔名。
第3點使得軟體更新變得簡單，可以在不關閉軟體的情況下進行更新，不需要重啟。因為系統通過inode號碼，識別執行中的檔案，不通過檔名。更新的時候，新版檔案以同樣的檔名，生成乙個新的inode，不會影響到執行中的檔案。等到下一次執行這個軟體的時候，檔名就自動指向新版檔案，舊版檔案的inode則被**。

在一台配置較低的linux伺服器（記憶體、硬碟比較小）的/data分割槽內建立檔案時，系統提示磁碟空間不足，用df -h命令檢視了一下磁碟使用情況，發現/data分割槽只使用了66%，還有12g的剩餘空間，按理說不會出現這種問題。 後來用df -i檢視了一下/data分割槽的索引節點(inode)，發現已經用滿(iused=100%)，導致系統無法建立新目錄和檔案。

查詢原因：

/data/cache目錄中存在數量非常多的小位元組快取檔案，占用的block不多，但是占用了大量的inode。

解決方案：

1、刪除/data/cache目錄中的部分檔案，釋放出/data分割槽的一部分inode。

2、用軟連線將空閒分割槽/opt中的newcache目錄連線到/data/cache，使用/opt分割槽的inode來緩解/data分割槽inode不足的問題： 

ln -s /opt/newcache /data/cache
本來只是學習一下軟硬鏈結相關的知識，誰知道炸出來這麼大的乙個inode概念。果然學無止境。

end

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