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关于Linux中的inode的理解(转载)

枕头下放双臭袜子
2020-01-31 / 0 评论 / 0 点赞 / 680 阅读 / 0 字 / 正在检测是否收录...

一、inode 是什么?

理解 inode,要从文件储存说起。

文件存储在硬盘上,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,不会一个个扇区的读取,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 “。

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。

二、inode 的内容

inode 包含文件的元信息,具体来说有以下内容:

  • Size 文件的字节数
  • Uid 文件拥有者的 User ID
  • Gid 文件的 Group ID
  • Access 文件的读、写、执行权限
  • 文件的时间戳,共有三个:
    • Change 指 inode 上一次变动的时间
    • Modify 指文件内容上一次变动的时间
    • Access 指文件上一次打开的时间
  • Links 链接数,即有多少文件名指向这个 inode
  • Inode 文件数据 block 的位置
  • Blocks 块数
  • IO Blocks 块大小
  • Device 设备号码

可以用 stat 命令,查看某个文件的 inode 信息:

stat example.txt

image.png

总之,除了文件内容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。
附:stat 介绍

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(data area),存放文件数据;另一个是 inode 区(inode table),inode table是data area的索引。inode table有许多的inode,每个inode分别记录一个文件的属性及该文件分布在哪个datablock上。

每个 inode 节点的大小,一般是 128 字节或 256 字节,这是由操作系统所决定的。inode size是指分配给一个inode来记录文档属性的磁盘块(block size)的大小。

一个逻辑上的概念:FS(File System)中每分配2048 Byte给data area, 就分配一个inode。但是使用了一个inode并不代表data area就一定用掉了2048 Byte, 也不是说file allocation(文件分配)的最小单位是2048 Byte, 它仅仅只代表filesystem中inode table/data area分配空间的比例是128/2048 也就是1/16。

根据以上论述可以进行相关推算,假设磁盘为2GB大小,每个inode大小为256 Byte,那么FS中数据文件每用掉2048 Byte(2KB)就分配一个inode,那么就会有(2GB) ÷ (2KB) = 1000000(个)inode,1000000 × 256 (Byte) = 256MB,基于以上条件得出一块2GB的磁盘的inode table的大小就会达到256MB。

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。

这句话的意思就相当于,格式化给出的是 每 1KB 或 每 2KB 设置一个 inode,这样相当于inode的总数也就可知了!

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

image.png

查看每个 inode 节点的大小,可以用如下命令:

# 首先查看文件系统的类型
# blkid /dev/sdXXX

image.png

# 如果是xfs的文件系统,就是用xfs_info命令
# xfs_info /dev/sda1

image.png

# 如果是ext类
# dumpe2fs -h /dev/sdXX | grep "Inode size"

image.png

image.png

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。案例 >>http://zyan.cc/post/295/

四、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:
1、首先,系统找到这个文件名对应的 inode 号码;
2、其次,通过 inode 号码,获取 inode 信息;
3、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

image.png

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 -i命令列出整个目录文件,即文件名和 inode 号码:

image.png

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。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)。

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

image.png

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)。

image.png

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

image.png

八、inode 的特殊作用

由于 inode 号码与文件名分离,这种机制导致了一些 Unix/Linux 系统特有的现象。

  1. 有时,文件名包含特殊字符,无法正常删除。这时,直接删除 inode 节点,就能起到删除文件的作用。
  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. 打开一个文件以后,系统就以 inode 号码来识别这个文件,不再考虑文件名。因此,通常来说,系统无法从 inode 号码得知文件名。

第 3 点使得软件更新变得简单,可以在不关闭软件的情况下进行更新,不需要重启。因为系统通过 inode 号码,识别运行中的文件,不通过文件名。更新的时候,新版文件以同样的文件名,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。

转自阮一峰老师:
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html

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