理解Linux的inode和文件存储

1、inode是什么？

理解inode，要从文件储存提及。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫作"扇区"（Sector）。每一个扇区储存512字节（至关于0.5KB）。

 

操做系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率过低，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，最多见的是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，咱们还必须找到一个地方储存文件的元信息，好比文件的建立者、文件的建立日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫作inode，中文译名为"索引节点"。

 

2、inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来讲有如下内容：

　　* 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上一次变更的时间，mtime指文件内容上一次变更的时间，atime指文件上一次打开的时间。

　　* 连接数，即有多少文件名指向这个inode

　　* 文件数据block的位置

 

能够用stat命令，查看某个文件的inode信息：

stat example.txt

总之，除了文件名之外的全部文件信息，都存在inode之中。至于为何没有文件名，下文会有详细解释。

 

3、inode的大小

inode也会消耗硬盘空间，因此硬盘格式化的时候，操做系统自动将硬盘分红两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另外一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

每一个inode节点的大小，通常是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，通常是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每一个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%。

 

查看每一个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可使用df命令。

df -i

查看每一个inode节点的大小，能够用以下命令：

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

因为每一个文件都必须有一个inode，所以有可能发生inode已经用光，可是硬盘还未存满的状况。这时，就没法在硬盘上建立新文件。

 

4、inode号码

每一个inode都有一个号码，操做系统用inode号码来识别不一样的文件。

 

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。对于系统来讲，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户经过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分红三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，经过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，能够看到文件名对应的inode号码：

ls -i example.txt

 

5、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。

 

目录文件的结构很是简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每一个目录项，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全部文件名：

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

若是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

 

6、硬连接

通常状况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每一个inode号码对应一个文件名。可是，Unix/Linux系统容许，多个文件名指向同一个inode号码。这意味着，能够用不一样的文件名访问一样的内容；对文件内容进行修改，会影响到全部文件名；可是，删除一个文件名，不影响另外一个文件名的访问。这种状况就被称为"硬连接"（hard link）。

 

ln命令能够建立硬连接：

ln 源文件 目标文件

运行上面这条命令之后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫作"连接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增长1。反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"连接数"减1。当这个值减到0，代表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"连接数"。建立目录时，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"硬连接"；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"硬连接"。因此，任何一个目录的"硬连接"总数，老是等于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“硬连接”和当前目录下的".硬连接“。

 

7、软连接

除了硬连接之外，还有一种特殊状况。文件A和文件B的inode号码虽然不同，可是文件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。所以，不管打开哪个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软连接"（soft link）或者"符号连接（symbolic link）。

 

这意味着，文件A依赖于文件B而存在，若是删除了文件B，打开文件A就会报错："No such file or directory"。这是软连接与硬连接最大的不一样：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"连接数"不会所以发生变化。

 

ln -s命令能够建立软连接。

ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录

 

8、inode的特殊做用

因为inode号码与文件名分离，这种机制致使了一些Unix/Linux系统特有的现象。

　　1. 有时，文件名包含特殊字符，没法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的做用。

　　2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。

　　3. 打开一个文件之后，系统就以inode号码来识别这个文件，再也不考虑文件名。所以，一般来讲，系统没法从inode号码得知文件名。

      第3点使得软件更新变得简单，能够在不关闭软件的状况下进行更新，不须要重启。由于系统经过inode号码，识别运行中的文件，不经过文件名。更新的时候，新版文件以一样的文件名，生成一个新的inode，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，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

 

九 实际问题

在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内建立文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用状况，发现/data分区只使用了66%，还有12G的剩余空间，按理说不会出现这种问题。 后来用df -i查看了一下/data分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，致使系统没法建立新目录和文件。 

 

查找缘由：

　　/data/cache目录中存在数量很是多的小字节缓存文件，占用的Block很少，可是占用了大量的inode。 

 

解决方案：　　一、删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。　　二、用软链接将空闲分区/opt中的newcache目录链接到/data/cache，使用/opt分区的inode来缓解/data分区inode不足的问题：　　ln -s /opt/newcache /data/cache