Linux檔案系統中的inode節點詳細介紹

2021-08-17 21:47:50 字數 3734 閱讀 1999

理解inode,要從檔案儲存說起。

檔案儲存在硬碟上,硬碟的最小儲存單位叫做」扇區」(sector)。每個扇區儲存512位元組(相當於0.5kb)。

作業系統讀取硬碟的時候,不會乙個個扇區地讀取,這樣效率太低,而是一次性連續讀取多個扇區,即一次性讀取乙個」塊」(block)。這種由多個扇區組成的」塊」,是檔案訪問的最小單位。」塊」的大小,最常見的是4kb,即連續八個 sector組成乙個 block。

檔案資料都儲存在」塊」中,那麼很顯然,我們還必須找到乙個地方儲存檔案的元資訊,比如檔案的建立者、檔案的建立日期、檔案的大小等等。這種儲存檔案元資訊的區域就叫做inode,中文譯名為」索引節點」。

inode包含檔案的元資訊,具體來說有以下內容:

* 檔案的位元組數

* 檔案擁有者的user id

* 檔案的group id

* 檔案的讀、寫、執行許可權

* 鏈結數,即有多少檔名指向這個inode

* 檔案資料block的位置

可以用stat命令,檢視某個檔案的inode資訊:

stat example.txt

總之,除了檔名以外的所有檔案資訊,都存在inode之中。至於為什麼沒有檔名,下文會有詳細解釋。

inode也會消耗硬碟空間,所以硬碟格式化的時候,作業系統自動將硬碟分成兩個區域。乙個是資料區,存放檔案資料;另乙個是inode區(inode table),存放inode所包含的資訊。

每個inode節點的大小,一般是128位元組或256位元組。inode節點的總數,在格式化時就給定,一般是每1kb或每2kb就設定乙個inode。假定在一塊1gb的硬碟中,每個inode節點的大小為128位元組,每1kb就設定乙個inode,那麼inode table的大小就會達到128mb,佔整塊硬碟的12.8%。

檢視每個硬碟分割槽的inode總數和已經使用的數量,可以使用df命令。

df -i
檢視每個inode節點的大小,可以用如下命令:

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "inode size"
由於每個檔案都必須有乙個inode,因此有可能發生inode已經用光,但是硬碟還未存滿的情況。這時,就無法在硬碟上建立新檔案。

每個inode都有乙個號碼,作業系統用inode號碼來識別不同的檔案。

這裡值得重複一遍,unix/linux系統內部不使用檔名,而使用inode號碼來識別檔案。對於系統來說,檔名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。表面上,使用者通過檔名,開啟檔案。實際上,系統內部這個過程分成三步:首先,系統找到這個檔名對應的inode號碼;其次,通過inode號碼,獲取inode資訊;最後,根據inode資訊,找到檔案資料所在的block,讀出資料。

使用ls -i命令,可以看到檔名對應的inode號碼:

ls -i example.txt
unix/linux系統中,目錄(directory)也是一種檔案。開啟目錄,實際上就是開啟目錄檔案。

目錄檔案的結構非常簡單,就是一系列目錄項(dirent)的列表。每個目錄項,由兩部分組成:所包含檔案的檔名,以及該檔名對應的inode號碼。

ls命令只列出目錄檔案中的所有檔名:

ls /etc
ls -i命令列出整個目錄檔案,即檔名和inode號碼:

ls -i /etc
如果要檢視檔案的詳細資訊,就必須根據inode號碼,訪問inode節點,讀取資訊。ls -l命令列出檔案的詳細資訊。

ls -l /etc
一般情況下,檔名和inode號碼是」一一對應」關係,每個inode號碼對應乙個檔名。但是,unix/linux系統允許,多個檔名指向同乙個inode號碼。這意味著,可以用不同的檔名訪問同樣的內容;對檔案內容進行修改,會影響到所有檔名;但是,刪除乙個檔名,不影響另乙個檔名的訪問。這種情況就被稱為」硬鏈結」(hard link)。

ln 原始檔 目標檔案
執行上面這條命令以後,原始檔與目標檔案的inode號碼相同,都指向同乙個inode。inode資訊中有一項叫做」鏈結數」,記錄指向該inode的檔名總數,這時就會增加1。反過來,刪除乙個檔名,就會使得inode節點中的」鏈結數」減1。當這個值減到0,表明沒有檔名指向這個inode,系統就會**這個inode號碼,以及其所對應block區域。

這裡順便說一下目錄檔案的」鏈結數」。建立目錄時,缺省會生成兩個目錄項:」.」和」..」。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼,等同於當前目錄的」硬鏈結」;後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼,等同於父目錄的」硬鏈結」。所以,任何乙個目錄的」硬鏈結」總數,總是等於2加上它的子目錄總數(含隱藏目錄),這裡的2是父目錄對其的「硬鏈結」和當前目錄下的」.硬鏈結「。

除了硬鏈結以外,還有一種特殊情況。檔案a和檔案b的inode號碼雖然不一樣,但是檔案a的內容是檔案b的路徑。讀取檔案a時,系統會自動將訪問者導向檔案b。因此,無論開啟哪乙個檔案,最終讀取的都是檔案b。這時,檔案a就稱為檔案b的」軟鏈結」(soft link)或者」符號鏈結(symbolic link)。

這意味著,檔案a依賴於檔案b而存在,如果刪除了檔案b,開啟檔案a就會報錯:」no such file or directory」。這是軟鏈結與硬鏈結最大的不同:檔案a指向檔案b的檔名,而不是檔案b的inode號碼,檔案b的inode」鏈結數」不會因此發生變化。

ln -s命令可以建立軟鏈結。

ln -s 源文檔案或目錄 目標檔案或目錄

由於inode號碼與檔名分離,這種機制導致了一些unix/linux系統特有的現象。

1. 有時,檔名包含特殊字元,無法正常刪除。這時,直接刪除inode節點,就能起到刪除檔案的作用。

2. 移動檔案或重新命名檔案,只是改變檔名,不影響inode號碼。

3. 開啟乙個檔案以後,系統就以inode號碼來識別這個檔案,不再考慮檔名。因此,通常來說,系統無法從inode號碼得知檔名。

第3點使得軟體更新變得簡單,可以在不關閉軟體的情況下進行更新,不需要重啟。因為系統通過inode號碼,識別執行中的檔案,不通過檔名。更新的時候,新版檔案以同樣的檔名,生成乙個新的inode,不會影響到執行中的檔案。等到下一次執行這個軟體的時候,檔名就自動指向新版檔案,舊版檔案的inode則被**。

在一台配置較低的linux伺服器(記憶體、硬碟比較小)的/data分割槽內建立檔案時,系統提示磁碟空間不足,用df -h命令檢視了一下磁碟使用情況,發現/data分割槽只使用了66%,還有12g的剩餘空間,按理說不會出現這種問題。 後來用df -i檢視了一下/data分割槽的索引節點(inode),發現已經用滿(iused=100%),導致系統無法建立新目錄和檔案。

查詢原因:

/data/cache目錄中存在數量非常多的小位元組快取檔案,占用的block不多,但是占用了大量的inode。

解決方案:

1、刪除/data/cache目錄中的部分檔案,釋放出/data分割槽的一部分inode。

2、用軟連線將空閒分割槽/opt中的newcache目錄連線到/data/cache,使用/opt分割槽的inode來緩解/data分割槽inode不足的問題:

ln -s /opt/newcache /data/cache
本來只是學習一下軟硬鏈結相關的知識,誰知道炸出來這麼大的乙個inode概念。果然學無止境。

end

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