深入了解linux inode

inode

文件是储存在硬盘上的，硬盘最小的存储单位叫做扇区sector，每个扇区存储512个字节。操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，而是一次性地读取多个扇区，这个逻辑单位叫做块block。由多个扇区构成的快，才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。

文件数据存储在块中，那么就需要一个地方来存储文件的元信息(meta information)，比如文件的创建者、创建日期、大小等关键信息。在linux系统中，存储文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为索引结点，也叫i结点。

• 元信息 -> inode
• 数据 -> block

inode内容

inode包含除文件名以外的很多文件元信息，例如：字节数、属主UserID、属组UserGroup、读写执行权限、时间戳等。

文件名存放在目录中，但linux系统内部并不适用文件名，而是使用inode号标识文件。也就是说linux系统里文件名其实是inode号便于识别的别称。

stat

stat命令查看inode存储的文件信息。

>> mkdir test
>> echo "this is test file" > test.txt
>> stat test.txt

  File: ‘test.txt’
  Size: 18              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd00h/64768d    Inode: 33574994    Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
Access: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Modify: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Change: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
 Birth: -

file

可以使用file命令查看文件类型

>> file test
test: directory
>> file test.txt
test.txt: ASCII text

Linux如何通过inode读取文件

在UI层面，用户通过文件名来打开文件，实际上，Linux内部将该过程分为四步：

1. 系统找到这个文件名对应的inode号；
2. 通过inode号，获取inode信息；
3. 根据inode信息，判断当前用户是否具有访问权限，有就指向对应的数据block，没有就返回权限拒绝。
4. 根据inode信息，找到文件数据所在的block，并读出数据。

ls -i

ls -i命令可以查看目录下所有文件对应的inode号

>> ls -i
33574991 anaconda-ks.cfg      2086 test  33574994 test.txt

inode

inode本身也需要占据硬盘存储空间。linux系统在格式化的时候，操作系统会自动将硬盘分为两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区，存放inode所包含的信息。每个inode的大小，一般是128字节或者256字节。通常情况下不需要关注单个inode的大小，只需要计算inode的总数。而inode总数需要在格式化的时候确定。

df -i

df -i命令可以查看硬盘分区的inode总数和已使用情况。

>> df -i
Filesystem               Inodes IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/mapper/centos-root 8910848 26029 8884819    1% /
devtmpfs                 230602   384  230218    1% /dev
tmpfs                    233378     1  233377    1% /dev/shm
tmpfs                    233378   487  232891    1% /run
tmpfs                    233378    16  233362    1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1                524288   328  523960    1% /boot
tmpfs                    233378     1  233377    1% /run/user/0

linux使用inode机制所产生的特有现象

linux inode号与文件名分离，因为会导致Linux系统会出现不同于window的特殊现象。

1. 文件名如果包含特殊字符，可能无法正常删除。这时可以通过直接删除inode，就能够起到删除文件的作用。

find ./* -inum 节点号 -delete

1. 移动文件或者重命名文件，只是改变文件名，并不会影响inode号。
2. 打开一个文件以后，系统就以inode号来识别这个文件，不在考虑文件名。

这种情况下软件更新会变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，而不需要重启。因为系统通过inode号，识别运行中的文件，不通过文件名。更新时就以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名自动指向新的inode，旧版文件的inode则被回收。

inode耗尽故障

前面提到过，硬盘分区的inode总数在格式化之后就已经固定，而每个文件必须要有一个inode，因此就有可能发生inode节点耗光的情况，但硬盘空间还剩不少，却无法创建新文件。同时这也是一种攻击方式，所以一些共用的文件就必须做磁盘限额，以防止系统正常运行被干扰。

修复该故障需要找出大量占用inode的文件并删除。

硬链接与软连杰

硬链接

通过文件系统的inode链接来产生新的文件名，而不是产生新的文件，这称为为硬链接。

一般情况下，每个inode号对应一个文件名，但是Linux允许多个文件名指向同一个inode号。这意味着可以使用不同的文件名访问同一个文件。

ln命令可以实现这一点。

ln 源文件或目录 目标文件或目录

运行该命令之后，源文件与目标文件的inode号相同，都指向同一个inode。inode信息中的链接数会增加1。

注意：不能对目录使用硬链接。 通过mkdir命令创建一个新目录，其硬链接数只能有2个：目录本身为1个硬链接，目录下面的隐藏目录.(点号)是该目录的又一个硬链接，也占一个链接数。

软链接

软连接类似于windows的快捷方式，可以快速链接到文件或目录。

ln -s 源文件或目录 目标文件或目录

软链接就是再创建一个独立的文件，而这个文件会让数据的读取指向它连接的文件的文件名。例如：文件A和文件B的inode号虽然不一样，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。这时，文件A就被称为文件B的软连接soft link或者符号连接symbolic link。

这意味着，文件A依赖于文件B存在，如果B文件被删除，打开文件A会报错。这也是软连接和硬链接最大的不同。文件A指向B的文件名而不是inode号，文件B的inode链接数不会因此发生变化。

参考

Linux inode 详解