理解Linux的inode和文件存儲

1、inode是什麼？

理解inode，要從文件儲存提及。

文件儲存在硬盤上，硬盤的最小存儲單位叫作"扇區"（Sector）。每一個扇區儲存512字節（至關於0.5KB）。

 

操做系統讀取硬盤的時候，不會一個個扇區地讀取，這樣效率過低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取一個"塊"（block）。這種由多個扇區組成的"塊"，是文件存取的最小單位。"塊"的大小，最多見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。

 

文件數據都儲存在"塊"中，那麼很顯然，咱們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，好比文件的建立者、文件的建立日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區域就叫作inode，中文譯名爲"索引節點"。

 

2、inode的內容

inode包含文件的元信息，具體來講有如下內容：

　　* 文件的字節數

　　* 文件擁有者的User ID

　　* 文件的Group ID

　　* 文件的讀、寫、執行權限

　　* 文件的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變更的時間，mtime指文件內容上一次變更的時間，atime指文件上一次打開的時間。

　　* 連接數，即有多少文件名指向這個inode

　　* 文件數據block的位置

 

能夠用stat命令，查看某個文件的inode信息：

stat example.txt

總之，除了文件名之外的全部文件信息，都存在inode之中。至於爲何沒有文件名，下文會有詳細解釋。

 

3、inode的大小

inode也會消耗硬盤空間，因此硬盤格式化的時候，操做系統自動將硬盤分紅兩個區域。一個是數據區，存放文件數據；另外一個是inode區（inode table），存放inode所包含的信息。

每一個inode節點的大小，通常是128字節或256字節。inode節點的總數，在格式化時就給定，通常是每1KB或每2KB就設置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中，每一個inode節點的大小爲128字節，每1KB就設置一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，佔整塊硬盤的12.8%。

 

查看每一個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量，可使用df命令。

df -i

查看每一個inode節點的大小，能夠用以下命令：

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

因爲每一個文件都必須有一個inode，所以有可能發生inode已經用光，可是硬盤還未存滿的狀況。這時，就沒法在硬盤上建立新文件。

 

4、inode號碼

每一個inode都有一個號碼，操做系統用inode號碼來識別不一樣的文件。

 

這裏值得重複一遍，Unix/Linux系統內部不使用文件名，而使用inode號碼來識別文件。對於系統來講，文件名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。表面上，用戶經過文件名，打開文件。實際上，系統內部這個過程分紅三步：首先，系統找到這個文件名對應的inode號碼；其次，經過inode號碼，獲取inode信息；最後，根據inode信息，找到文件數據所在的block，讀出數據。

 

使用ls -i命令，能夠看到文件名對應的inode號碼：

ls -i example.txt

 

5、目錄文件

Unix/Linux系統中，目錄（directory）也是一種文件。打開目錄，實際上就是打開目錄文件。

 

目錄文件的結構很是簡單，就是一系列目錄項（dirent）的列表。每一個目錄項，由兩部分組成：所包含文件的文件名，以及該文件名對應的inode號碼。

 

ls命令只列出目錄文件中的全部文件名：

ls /etc

ls -i命令列出整個目錄文件，即文件名和inode號碼：

ls -i /etc

若是要查看文件的詳細信息，就必須根據inode號碼，訪問inode節點，讀取信息。ls -l命令列出文件的詳細信息。

ls -l /etc

 

6、硬連接

通常狀況下，文件名和inode號碼是"一一對應"關係，每一個inode號碼對應一個文件名。可是，Unix/Linux系統容許，多個文件名指向同一個inode號碼。這意味着，能夠用不一樣的文件名訪問一樣的內容；對文件內容進行修改，會影響到全部文件名；可是，刪除一個文件名，不影響另外一個文件名的訪問。這種狀況就被稱爲"硬連接"（hard link）。

 

ln命令能夠建立硬連接：

ln 源文件 目標文件

運行上面這條命令之後，源文件與目標文件的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode信息中有一項叫作"連接數"，記錄指向該inode的文件名總數，這時就會增長1。反過來，刪除一個文件名，就會使得inode節點中的"連接數"減1。當這個值減到0，代表沒有文件名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域。

 

這裏順便說一下目錄文件的"連接數"。建立目錄時，默認會生成兩個目錄項："."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"硬連接"；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"硬連接"。因此，任何一個目錄的"硬連接"總數，老是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）,這裏的2是父目錄對其的「硬連接」和當前目錄下的".硬連接「。

 

7、軟連接

除了硬連接之外，還有一種特殊狀況。文件A和文件B的inode號碼雖然不同，可是文件A的內容是文件B的路徑。讀取文件A時，系統會自動將訪問者導向文件B。所以，不管打開哪個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱爲文件B的"軟連接"（soft link）或者"符號連接（symbolic link）。

 

這意味着，文件A依賴於文件B而存在，若是刪除了文件B，打開文件A就會報錯："No such file or directory"。這是軟連接與硬連接最大的不一樣：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode號碼，文件B的inode"連接數"不會所以發生變化。

 

ln -s命令能夠建立軟連接。

ln -s 源文文件或目錄 目標文件或目錄

 

8、inode的特殊做用

因爲inode號碼與文件名分離，這種機制致使了一些Unix/Linux系統特有的現象。

　　1. 有時，文件名包含特殊字符，沒法正常刪除。這時，直接刪除inode節點，就能起到刪除文件的做用。

　　2. 移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼。

　　3. 打開一個文件之後，系統就以inode號碼來識別這個文件，再也不考慮文件名。所以，一般來講，系統沒法從inode號碼得知文件名。

      第3點使得軟件更新變得簡單，能夠在不關閉軟件的狀況下進行更新，不須要重啓。由於系統經過inode號碼，識別運行中的文件，不經過文件名。更新的時候，新版文件以一樣的文件名，生成一個新的inode，不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。

 

九 實際問題

在一臺配置較低的Linux服務器（內存、硬盤比較小）的/data分區內建立文件時，系統提示磁盤空間不足，用df -h命令查看了一下磁盤使用狀況，發現/data分區只使用了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查看了一下/data分區的索引節點(inode)，發現已經用滿(IUsed=100%)，致使系統沒法建立新目錄和文件。 

 

查找緣由：

　　/data/cache目錄中存在數量很是多的小字節緩存文件，佔用的Block很少，可是佔用了大量的inode。 

 

解決方案：　　一、刪除/data/cache目錄中的部分文件，釋放出/data分區的一部分inode。　　二、用軟鏈接將空閒分區/opt中的newcache目錄鏈接到/data/cache，使用/opt分區的inode來緩解/data分區inode不足的問題：　　ln -s /opt/newcache /data/cache