理解inode
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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。
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,不会一个扇区一个扇区地读取,这样效率太低,而是一次性地连续读取多个扇区,即一次次那个读取一个“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
。
文件数据都存储在“块”中,很显然,我们必须找到一个地方存储文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等。这种存储文件元信息的区域叫做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
包含文件的元信息,具体来说有字节数、属主UserID
、属组GroupID
、读写执行权限、时间戳等。 而文件名存放在目录当中,但Linux
系统内部不使用文件名,而是使用inode
号码识别文件。对于系统来说文件名只是inode
号码便于识别的别称。可以用stat
命令查看某个文件的inode
信息:
三个主要的时间属性:
ctime
:change time
是最后一次改变文件或目录(属性)的时间,例如执行chmod
,chown
等命令。
atime
:access time
是最后一次访问文件或目录的时间。
mtime
:modify time
是最后一次修改文件或目录(内容)的时间。
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 -i
命令。
查看每个inode
节点的大小,可以用如下命令:
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。
由于inode
号码与文件名分离,导致一些Unix/Linux
系统具备以下几种特有的现象。
1.文件名包含特殊字符,可能无法正常删除。这时直接删除inode
,能够起到删除文件的作用;
2.移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响inode
号码;
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。
这种情况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。
由于硬盘分区的inode
总数在格式化后就已经固定,而每个文件必须有一个inode
,因此就有可能发生inode
节点用光,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的方式,所以一些公用的文件系统就要做磁盘限额,以防止影响到系统的正常运行。
至于修复,很简单,只要找出哪些大量占用i节点
的文件删除就可以了。
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,系统内部将这个过程分为三步:
1.系统找到这个文件名对应的inode
号码;
2.通过inode
号码,获取inode
信息;
3.根据inode
信息,找到文件数据所在的block
,并读出数据。
其实系统还要根据inode
信息,看用户是否具有访问的权限,有就指向对应的数据block
,没有就返回权限拒绝。
使用ls -i [fielname]
命令,可以看到文件名对应的inode号码。
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,组成由两部分:所包含文件的文件名,以及该文件名对应的inode号码。ls -i [directory]
命令列出整个目录文件,即文件名和inode
号码。
通过ls
命令配合wc
命令,可以查看某个文件夹下的文件数量。例如:
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
运行上面这条命令以后,源文件与目标文件的inode
号码相同。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)。
需要注意的是不能对目录做硬链接。通过mkdir
命令创建一个新目录,其硬链接数应该有2
个,因为常见的目录本身为1
个硬链接,而目录下面的隐藏目录.(点号)
是该目录的又一个硬链接,也算是1
个连接数。
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