一、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。
二、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 /dev/null File: `/dev/null' Size: 0 Blocks: 0 IO Block: 4096 character special file Device: 11h/17d Inode: 1101 Links: 1 Device type: 1,3 Access: (0666/crw-rw-rw-) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root) Access: 2014-05-21 16:30:24.313937945 +0800 Modify: 2014-05-21 16:30:24.313937945 +0800 Change: 2014-05-21 16:30:24.398925025 +0800
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。
三、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 Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on /dev/xvda1 1310720 116766 1193954 9% / udev 503861 434 503427 1% /dev tmpfs 473292 308 472984 1% /run none 473292 2 473290 1% /run/lock none 473292 1 473291 1% /run/shm
查看每个inode节点的大小,可以用如下命令:
$ sudo dumpe2fs -h /dev/xvda1 | grep "Inode size" dumpe2fs 1.42 (29-Nov-2011) Inode size: 256
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。
四、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 /dev/null 1029 /dev/null
五、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 ./node example.js npm-debug.log pm25.js sohu.js
ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和inode号码:
$ ls -i ./node 404830 example.js 406149 npm-debug.log 406140 pm25.js 406141 sohu.js
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 ./node total 68 -rw-r--r-- 1 panlei panlei 247 Mar 13 2014 example.js -rw-rw-r-- 1 panlei panlei 34597 Jun 9 09:21 npm-debug.log -rw-r--r-- 1 panlei panlei 439 Apr 24 16:14 pm25.js -rw-r--r-- 1 panlei panlei 938 Apr 24 16:03 sohu.js
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)。
六、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
搞个小例子简单测试下
ln 源文件 目标文件 $ cd /tmp/ $ mkdir inode $ cd inode/ $ echo '1' > f1.txt $ ls -li total 4 1201865 -rw-rw-r-- 1 panlei panlei 2 Sep 15 12:25 f1.txt $ ln f1.txt f2.txt $ ls -li total 8 1201865 -rw-rw-r-- 2 panlei panlei 2 Sep 15 12:25 f1.txt 1201865 -rw-rw-r-- 2 panlei panlei 2 Sep 15 12:25 f2.txt
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)。
$ rm f2.txt $ ls -li total 4 1201865 -rw-rw-r-- 1 panlei panlei 2 Sep 15 12:25 f1.txt
七、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(symboliclink)。
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
$ ln -s f1.txt f2.txt $ ls -li total 4 1201865 -rw-rw-r-- 1 panlei panlei 2 Sep 15 12:25 f1.txt 1201866 lrwxrwxrwx 1 panlei panlei 6 Sep 15 12:31 f2.txt -> f1.txt
八、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。 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。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。
原文作者:阮一峰
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