今天(2013-10-9)研究文件系统的时候看到一篇讲linux inode的文章,深受启发。
大部分引用加少部分自己的理解,如下:
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。
- 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
(注:这里没有包含文件名是因为可以有多个文件名对应一个inode)
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,注意:在格式化的时候,只是为inode分配存储空间,也就是说,系统中设定好一个文件数据和inode所占空间的比例,之后所有的inode将从这块固定的区域分配,这样,一个系统的inode数量的最大值就是固定的,换句话说,系统中最大的文件数目也是固定的。
所以,经常会发现系统中明明有剩余空间,却无法创建文件,就是因为inode的空间不足。
可以通过 df -i 命令来查看inode的使用情况。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。
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)。
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。
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 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
'find . -inum INODE_NUM -delete'。
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。
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。
每个文件存在两个计数器:i_count 与 i_nlink,即引用计数与硬链接计数。结构体 inode 中的 i_count 用于跟踪文件被访问的数量,而 i_nlink 则是上述使用 ls -l 等命令查看到的文件硬链接数。或者说 i_count 跟踪文件在内存中的情况,而 i_nlink 则是磁盘计数器。当文件被删除时,则 i_nlink 先被设置成 0。文件的这两个计数器使得 Linux 系统升级或程序更新变的容易。系统或程序可在不关闭的情况下(即文件 i_count 不为 0),将新文件以同样的文件名进行替换,新文件有自己的 inode 及 data block,旧文件会在相关进程关闭后被完整的删除。
原文链接:
http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-hardandsymb-links/
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