理解inode

openkk 12年前
     <div id="news_body">     <p>        <a href="/misc/goto?guid=4958202829042134084" target="_blank">inode</a> 是一个重要概念,是理解 Unix/Linux 文件系统和硬盘储存的基础。</p>     <p>        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。</p>     <p>        下面就是我的 inode 学习笔记,尽量保持简单。</p>     <p>        ===================================</p>     <p>        <strong>理解 inode</strong></p>     <p>        作者:阮一峰</p>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/78d770613b8b47d401a4fee8d8671937.jpg" width="630" height="301" /></p>     <p>        <strong>一、inode 是什么?</strong></p>     <p>        理解 inode,要从文件储存说起。</p>     <p>        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)。</p>     <p>        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。</p>     <p>        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"。</p>     <p>        每一个文件对应一个 inode,硬盘上有多少文件,就有多少个 inode。</p>     <p>        <strong>二、inode 的内容</strong></p>     <p>        inode 包含文件的元信息,具体来说有以下内容:</p>     <blockquote>      <p>* 文件的字节数</p>      <p>* 文件拥有者的 User ID</p>      <p>* 文件的 Group ID</p>      <p>* 文件的读、写、执行权限</p>      <p>* 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。</p>      <p>* 链接数,即有多少文件名指向这个 inode</p>      <p>* 文件数据 block 的位置</p>     </blockquote>     <p>        可以用 stat 命令,查看某个文件的 inode 信息:</p>     <blockquote>      <p>stat example.txt</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/68d74a2efaa73f4d72f84993285c0ac9.jpg" width="600" height="154" /></p>     <p>        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。</p>     <p>        <strong>三、inode 的大小</strong></p>     <p>        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。</p>     <p>        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%。</p>     <p>        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。</p>     <blockquote>      <p>df -i</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/8d7347d56fb2fe3a23a76aba5370b8f1.jpg" width="600" height="177" /></p>     <p>        查看每个 inode 节点的大小,可以用如下命令:</p>     <blockquote>      <p>sudo dumpe2fs -h /dev/hda grep "Inode size"</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/faab7ef93367556664df71a0b1132254.jpg" width="600" height="127" /></p>     <p>        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。</p>     <p>        <strong>四、inode 号码</strong></p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <p>        使用 ls -i命令,可以看到文件名对应的 inode 号码:</p>     <blockquote>      <p>ls -i example.txt</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/2f86e1bf91a7b19cef0b9b573b6fa747.jpg" width="600" height="95" /></p>     <p>        <strong>五、目录文件</strong></p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <p>        ls 命令只列出目录文件中的所有文件名:</p>     <blockquote>      <p>ls /etc</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/958af10b0773e703587346fdb6ad2e11.jpg" width="600" height="94" /></p>     <p>        ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和 inode 号码:</p>     <blockquote>      <p>ls -i /etc</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/98e20eb0be5d00a2d878f68a84501d37.jpg" width="600" height="107" /></p>     <p>        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。</p>     <blockquote>      <p>ls -l /etc</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/7502e18ecf646923df85a9d7ac12ec9c.jpg" width="600" height="160" /></p>     <p>        <strong>六、硬链接</strong></p>     <p>        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。</p>     <p>        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)。</p>     <p>        ln 命令可以创建硬链接:</p>     <blockquote>      <p>ln 源文件目标文件</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/ad33c67d2d0fded31f5dbfa41f4eb342.jpg" width="600" height="207" /></p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <p>        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)。</p>     <p>        <strong>七、软链接</strong></p>     <p>        除了硬链接以外,还有一种特殊情况。</p>     <p>        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)。</p>     <p>        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。</p>     <p>        ln -s命令可以创建软链接。</p>     <blockquote>      <p>ln -s 源文文件或目录目标文件或目录</p>     </blockquote>     <p style="text-align:center;"><img alt="理解inode" src="https://simg.open-open.com/show/27a2d9854172ea8cac5df37dfa1e457d.jpg" width="600" height="193" /></p>     <p>        <strong>八、inode 的特殊作用</strong></p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <p>        2. 移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响 inode 号码。</p>     <p>        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。</p>     <p>        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。</p>     <div id="come_from">      来自:      <a id="link_source2" href="/misc/goto?guid=4958202829790062083" target="_blank">阮一峰的网络日志</a>     </div>    </div>