Linux系统--理解inode

怼烎@ 2022-11-06 00:51 208阅读 0赞

### 目录 ###

*  inode是什么
 *  inode的内容
 *  inode的大小
 *  inode号码
 *  目录文件
 *  硬链接
 *  软链接

https://mp.weixin.qq.com/s/T3OOmNQ6riHFV6Ww95pqvQ  
 inode是一个重要概念，是理解Unix/Linux文件系统和硬盘储存的基础。

我觉得，理解inode，不仅有助于提高系统操作水平，还有助于体会Unix设计哲学，即如何把底层的复杂性抽象成一个简单概念，从而大大简化用户接口。

# 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"，**块（block）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"**。

每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

# inode的内容 #

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容，可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

stat example.txt

liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ stat example.txt 
      文件：'example.txt'
      大小：0         	块：0          IO 块：4096   普通空文件
    设备：801h/2049d	Inode：1181467     硬链接：1
    权限：(0664/-rw-rw-r--)  Uid：( 1000/liefyuan)   Gid：( 1000/liefyuan)
    最近访问：2021-03-07 09:38:12.142541022 +0800
    最近更改：2021-03-07 09:38:12.142541022 +0800
    最近改动：2021-03-07 09:38:12.142541022 +0800
    创建时间：-

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。

# 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

liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ df -i
    文件系统        Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 挂载点
    udev           1784538     455 1784083       1% /dev
    tmpfs          1792228     688 1791540       1% /run
    /dev/sda1      2559088  871353 1687735      35% /
    tmpfs          1792228       9 1792219       1% /dev/shm
    tmpfs          1792228       5 1792223       1% /run/lock
    tmpfs          1792228      17 1792211       1% /sys/fs/cgroup
    tmpfs          1792228      34 1792194       1% /run/user/1000

查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：

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

由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。

# inode号码 #

每个inode都有一个号码，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 example.txt

liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ls -i example.txt 
    1181467 example.txt

# 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，组成由两部分：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

liefyuan@ubuntu:/home$ ls liefyuan/
    allwinner  examples.desktop                        MYS6ULx-devel  Videos
    Desktop    google-chrome-stable_current_amd64.deb  Pictures
    Documents  linux                                   Public
    Downloads  Music                                   Templates

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

ls -i /etc

liefyuan@ubuntu:/home$ ls -i liefyuan/
    1076625 allwinner                               1177842 Music
    1177837 Desktop                                 1052036 MYS6ULx-devel
    1177841 Documents                               1177843 Pictures
    1177838 Downloads                               1177840 Public
    1051030 examples.desktop                        1177839 Templates
    1052049 google-chrome-stable_current_amd64.deb  1177844 Videos
    1569796 linux

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

liefyuan@ubuntu:/home$ ls -l liefyuan/
    总用量 69544
    drwxrwxr-x  3 liefyuan liefyuan     4096 Feb  6 16:18 allwinner
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Mar  7 09:38 Desktop
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Documents
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug 29  2020 Downloads
    -rw-r--r--  1 liefyuan liefyuan     8980 Aug  6  2020 examples.desktop
    -rw-rw-r--  1 liefyuan liefyuan 71152208 Nov  2 10:14 google-chrome-stable_current_amd64.deb
    drwxrwxrwx 15 root     root         4096 Dec 13 21:54 linux
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Music
    drwx------  7 liefyuan liefyuan     4096 Aug  9  2020 MYS6ULx-devel
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Pictures
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Public
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Templates
    drwxr-xr-x  2 liefyuan liefyuan     4096 Aug  6  2020 Videos

理解了上面这些知识，就能理解目录的权限：目录文件的读权限（r）和写权限（w），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，所以如果只有读权限，只能获取文件名，无法获取其他信息，因为其他信息都储存在inode节点中，而读取inode节点内的信息需要目录文件的执行权限（x）。

# 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

liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ vim f1.txt
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ls -i
    1204800 f1.txt
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ vim f2.txt
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ls -i
    1204800 f1.txt  1204819 f2.txt
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ln f1.txt f2.txt 
    ln: 无法创建硬链接'f2.txt': 文件已存在
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ rm f2.txt 
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ln f1.txt f2.txt 
    liefyuan@ubuntu:~/Desktop$ ls -li
    总用量 0
    1204800 -rw-rw-r-- 2 liefyuan liefyuan 0 Mar 11 23:09 f1.txt
    1204800 -rw-rw-r-- 2 liefyuan liefyuan 0 Mar 11 23:09 f2.txt

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）。

# 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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