理解inode
openkk 13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>