Linux系统inode全知道

今天药忘吃喽~ 2022-06-17 03:08 239阅读 0赞

### 概论 ###

[inode][]是 Unix/Linux文件系统和硬盘储存的基础，也是Linux文件系统管理文件的方式，蕴含着背后设计思想的精髓；也正是这些精髓，使得我们在Linux系统中使用find等文件操作的命令时，完虐Windows速度。Unix/Linux系统中，“一切都是文件”，目录（directory）,管道、套接字也都是是一种文件。

Linux采用VFS(VirtualFile System)虚拟文件系统，VFS是异构的文件系统之上的软件粘合层，因为VFS可以无缝的使用多个不同类型的文件系统，通过VFS，可以访问文件系统的的系统调用提供统一的抽象接口，使得操作目录、管道、套接字等，都是通过open()、write()、read()、close()完成，而不用考虑底层。通过VFS就可以抽象的访问接口而屏蔽了底层文件系统和物理介质之间的差异。

![SouthEast][]

Unix/Linux文件系统组织和管理文件，采用[inode][]方式，完全不同于Windows采用文件名的方式。inode译成中文就是索引节点，每个存储设备（例如硬盘）或存储设备的分区被格式化为文件系统后，应该有两部份，一部份是inode，另一部份是Block，Block是用来存储数据用的。而inode呢，就是用来存储这些数据的信息，这些信息包括文件大小、属主、归属的用户组、读写权限等。inode为每个文件进行信息索引，所以就有了inode的数值。操作系统根据指令，能通过inode值最快的找到相对应的文件。每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。

### 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，也就是除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。inode具体来说有以下内容：

//come from /usr/src/kernel/'uname -r'/include/linux/fs.h
    struct inode{
    
          struct hlist_node  i_hash;
          struct hlist_head  i_list;
          struct hlist_head  i_sb_list;
          struct hlist_head  i_dentry;
          unsigned long i_ino;//索引节点值
          atomic_t i_count;
          umode_t i_mode;//文件类型访问权限（读、写、执行权限）
          unsigned int i_nlink;//文件硬链接数
          uid_t i_uid;//文件拥有者ID
          gid_t i_gid;//文件拥有者组ID
          dev_t i_rdev//次设备号
          loff_t i_size;//文件大小
          struct timespec i_atime;//文件最后访问时间
          struct timespec i_mtime;//文件最后修改内容时间
          struct timespec i_ctime;//最后修改属性时间			
          unsigned long i_blksize;//块大小
          unsigned long i_version;//版本号
          unsigned long i_blocks;//文件所占块数
          //.........
    }

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

### 三、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。

在同一个文件分区，inode唯一；在不同文件分区，inode可能重复。

### 四、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"（hardlink）。

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，都指向同一个inode。

inode信息中，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）。

### **五、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。

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

### 六、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。

www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html

[inode]: http://en.wikipedia.org/wiki/Inode
[SouthEast]: /images/20220617/a0e8a88b568447379ca3b70e71025218.png