linux的inode的理解

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。
    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”。
    当我们创建一个文件的时候,inode编号将作为该文件的唯一id,即,一个文件在同一时刻仅拥有一个inode编号。当我们向一个文件写入内容的时候,数据被存放到了data block当中。而该文件的文件名,被存放到了该文件所在的目录文件当中。
    对于目录这种“特殊的文件”,可以简单地理解为是一张表,这张表里面存放了隶属于该目录的文件的文件名,以及所匹配的inode编号。
    因此,在linux里面,文件被“拆分”到了3个地方,索引存于inode,文件名存于目录,数据存于data block。
    二、inode的内容
    inode包含文件的元信息,具体来说有以下内容:
      * 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,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:
    stat abc.txt
     File: `abc.txt’
     Size: 6642       Blocks: 16         IO Block: 4096   regular file
     Device: 803h/2051d Inode: 932187      Links: 1
     Access: (0644/-rw-r–r–)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
     Access: 2018-04-01 00:00:00.000000000 +0800
     Modify: 2018-04-01 00:00:00.000000000 +0800
     Change: 2018-04-01 16:39:17.430094922 +0800
    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
    inode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%。
    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。
    df -i
     Filesystem      Inodes  IUsed   IFree IUse% Mounted on
     /dev/sda3      1152816 102816 1050000    9% /
     tmpfs           125514      3  125511    1% /dev/shm
     /dev/sda1       128016     38  127978    1% /boot
    查看每个inode节点的大小,可以用如下命令:
    centos 6
    sudo dumpe2fs -h /dev/hda1 | grep “Inode size”
    [root@centos 6 ~]#sudo dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep “Inode size”
    dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
    Inode size:          128
    centos 7
    xfs_info /dev/sda1
    [root@localhost ~]# xfs_info /dev/sda1
    meta-data=/dev/sda1              isize=512    agcount=4, agsize=30464 blks
             =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
             =                       crc=1        finobt=0 spinodes=0
    data     =                       bsize=4096   blocks=121856, imaxpct=25
             =                       sunit=0      swidth=0 blks
    naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
    log      =internal               bsize=4096   blocks=855, version=2
             =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
    realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
     下面解释一下以上输出的信息:
     isize : inode的容量,这里为512bytes。
     agcount:储存区群组的个数,这里有4个。
     agsize : 每个储存区群组里的block个数,这里为30464个。
     sectsz:逻辑扇区(sector)的容量,这里为512bytes。
     bsize:每个block的容量为4 k。
     blocks:共有121856个block在这个文件系统内。
     sunit,swidth:与磁盘阵列的stripe相关性较高,这里暂时不说明。
     internal,指这个登录区的位置在文件系统内,而不是外部系统的意思,占用了4K * 855空间。
     第9行:realtime区域,extent容量为4k,none=>不过目前没有使用。
    四、inode号码
    每个inode都有一个号码,linux操作系统用inode号码来识别不同的文件。
    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。
    使用ls -i命令,可以看到文件名对应的inode号码:
    ls -i
     [root@centos 6 ~]#ls -i
     932187 abc.txt          932347 etc.tar.gz          932179 Music
     932129 anaconda-ks.cfg  932368 f1                  932180 Pictures
     932365 dead.letter      932366 file3               932177 Public
     932168 Desktop          932369 fl                  932176 Templates
     932178 Documents        915716 install.log         932181 Videos
     932175 Downloads        915717 install.log.syslog
     932330 etc              932340 LinuxProbe.pdf
    五、目录文件
    Unix/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。
    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。
    ls命令只列出目录文件中的所有文件名:
    ls /etc
    ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和inode号码:
    ls -i /etc
    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
    六、硬链接
    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)。
    ln命令可以创建硬链接:
    ln 源文件 目标文件
    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。
    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)。
    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。
    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

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