inode

今天药忘吃喽~ 2023-01-01 13:53 78阅读 0赞

inode是unix系统中的一种数据结构，包含了文件的元信息。  
inode 表包含一份清单，其中列出了对应文件系统的所有 inode 编号。当用户搜索或者访问一个文件时，UNIX 系统通过 inode 表查找正确的 inode 编号。在找到 inode 编号之后，相关的命令才可以访问该 inode ，并对其进行适当的更改。

下面的定义仅给出了 inode 中所包含的、UNIX 用户经常使用的一些重要信息：

*  inode 编号
 *  用来识别文件类型，以及用于 stat C 函数的模式信息
 *  文件的链接数目
 *  属主的 UID
 *  属主的组 ID (GID)
 *  文件的大小
 *  文件所使用的磁盘块的实际数目
 *  最近一次修改的时间
 *  最近一次访问的时间
 *  最近一次更改的时间

以上所列举的信息对于文件来说非常重要，并且在 UNIX 中频繁使用。如果没有这些信息，那么文件将被认为遭到破坏和不可用。

与其他的操作系统相比，UNIX 系统中的目录和文件可能看起来有所不同，但事实并非如此。在 UNIX 中，目录本身就是文件，只是在它们的 inode 中使用了一些附加的设置。目录 本质上就是一个包含了其他文件的文件。另外，其模式信息中设置了一些相应的标志，以告知系统该文件实际上是一个目录。

参考链接：[https://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-speakingunix14/index.html][https_www.ibm.com_developerworks_cn_aix_library_au-speakingunix14_index.html]

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inode是一个重要概念，是理解Unix/Linux文件系统和硬盘储存的基础。  
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。  
下面就是我的inode学习笔记，尽量保持简单。

# inode是什么？ #

理解inode，要从文件储存说起。  
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)。  
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。  
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。

# inode的内容 #

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

*  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。
 *  链接数，即有多少文件名指向这个inode
 *  文件数据block的位置

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

stat example.txt

![84518520d532645f3c570d58cef8f851.png][]

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。

# 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，存放文件数据；另一个是inode区(inode table)，存放inode所包含的信息。  
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%。  
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

![b1bbb5f93d10696c4bc37234c8bc9548.png][]

查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：

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

![ca0816292bb5ce43175bc3d8e0a7c01d.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。

# 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：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。  
使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：

ls -i example.txt

![f55117f244328cf104a5aaf02fe29134.png][]

# 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 /etc

![c19e8fa094400a8584c9d272b92d8339.png][]

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

ls -i /etc

![ad3b7b46ef6bfb63a4553e61cb3e9c16.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。ls -l命令列出文件的详细信息。

ls -l /etc

![77da6279639899730382dd67ff6e44fd.png][]

理解了上面这些知识，就能理解目录的权限。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)。

# 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

![67519abe298714e31c396c7b877d56d4.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)。

# 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

![81047e8078ce73b25b194f15fab8a080.png][]

# 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。

1.  移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。
2.  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。

参考链接：[http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_12_inode.html]

[https_www.ibm.com_developerworks_cn_aix_library_au-speakingunix14_index.html]: https://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-speakingunix14/index.html
[84518520d532645f3c570d58cef8f851.png]: /images/20221120/1e4e218940c442439bd3d689e6a474ca.png
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[ca0816292bb5ce43175bc3d8e0a7c01d.png]: /images/20221120/8d8f57b1350c483ea3edb4b1be202b5b.png
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[c19e8fa094400a8584c9d272b92d8339.png]: /images/20221120/26af31dd6dd443ea8067715fc4f6281e.png
[ad3b7b46ef6bfb63a4553e61cb3e9c16.png]: /images/20221120/1b04cb42106647568812bfc6a8e5fccb.png
[77da6279639899730382dd67ff6e44fd.png]: /images/20221120/cb3132c127484deeac23cd1bcfe7c478.png
[67519abe298714e31c396c7b877d56d4.png]: /images/20221120/f3afec938e5e4345837cafe8ac4e5bd7.png
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[http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_12_inode.html]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html