Linux inode精讲

时间 : 15-06-10 栏目 : linux精讲, linux运维, 性能优化 作者 : 老薛 评论 : 0 点击 : 1,208 次

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 example.txt

linux inode精讲

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。

[root@gateway tmp]# df -i -P
文件系统              Inode  已用(I)  可用(I) 已用(I)%% 挂载点
/dev/sda3            17244160  434489 16809671    3% /
tmpfs                4103427       1 4103426    1% /dev/shm
/dev/sda1              51200      45   51155    1% /boot

查看每个inode节点的大小,可以用如下命令:

[root@gateway tmp]# dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "Inode size"   
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Inode size:               128

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:

[root@gateway tmp]# ls -i example.txt
1573107 example.txt

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:

[root@gateway tmp]# ls /tmp/
example.txt  mpd2.console_root  UnixBench5.1.3_xk

ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和inode号码:

[root@gateway tmp]# ls -i /etc
7078033 abrt                            7078313 mke2fs.conf
7079337 acpi                            7077894 modprobe.d
7078557 adjtime                         7079906 modulefiles
7077917 aliases                         7077931 motd
7077922 aliases.db                      7079985 mpd.conf
7079491 alsa                            7079959 mpich2-x86_64
7077981 alternatives                    7079713 mrtg
7078796 anacrontab                      7080174 mtab
7078116 asound.conf                     7078365 mtools.conf
7079495 at.deny                         7077897 multipath
7079506 audisp                          7079938 mvapich2-x86_64
7079511 audit                           7078168 my.cnf
7078175 bash_completion.d               7079535 nanorc
7077918 bashrc                          7078030 netconfig
7077980 blkid                           7078502 NetworkManager
7078027 bonobo-activation               7078572 networks
7078442 centos-release                  7078812 nfsmount.conf
7078685 cgconfig.conf                   7077970 nsswitch.conf
7078822 cgrules.conf                    7078716 ntp
7078823 cgsnapshot_blacklist.conf       7079616 ntp.conf
7077982 chkconfig.d                     7079854 numad.conf
7078283 ConsoleKit                      7078196 openldap
7079598 cpufreq-bench.conf              7079954 openmpi-x86_64
7078690 cron.d                          7077953 opt
7078169 cron.daily                      7078032 pam.d
7078799 cron.deny                       7078374 pango
7078792 cron.hourly                     7080177 passwd
7078793 cron.monthly                    7078015 passwd-
7079777 crontab                         7078751 pcmcia
7078794 cron.weekly                     7079764 php.d
7077896 crypttab                        7079925 php.ini
7077919 csh.cshrc                       7079479 pinforc
7077920 csh.login                       7077941 pki
7080083 cups                            7078767 plymouth
7077925 dbus-1                          7077954 pm
7077967 default                         7078746 pm-utils-hd-apm-restore.conf
7078131 depmod.d                        7078270 polkit-1
7077904 dhcp                            7077976 popt.d
7078036 DIR_COLORS                      7079396 portreserve
7078037 DIR_COLORS.256color             7078683 postfix
7078038 DIR_COLORS.lightbgcolor         7078179 ppp
7079834 dnsmasq.conf                    7079801 prelink.cache
7079835 dnsmasq.d                       7079397 prelink.conf
7078776 dracut.conf                     7079398 prelink.conf.d
7078777 dracut.conf.d                   7077933 printcap
7079977 drirc                           7077934 profile
7079669 edac                            7077935 profile.d
7077921 environment                     7077936 protocols
7078282 ethers                          7078368 pulse
7079822 ethertypes                      7079325 quotagrpadmins
7078268 event.d                         7079326 quotatab
7080162 exports                         7079714 radvd.conf
7078132 favicon.png                     7078582 rc
7077923 filesystems                     7078604 rc0.d
7077962 fonts                           7077992 rc1.d
7080121 foomatic                        7077993 rc2.d
7078416 fprintd.conf                    7077994 rc3.d
7078731 freeipmi.conf                   7077995 rc4.d
7079590 freeipmi_interpret_sel.conf     7077996 rc5.d
7079694 freeipmi_interpret_sensor.conf  7077997 rc6.d
7077895 fstab                           7077979 rc.d
7079553 gai.conf                        7080140 rc.local
7078293 gconf                           7078603 rc.sysinit
7078006 gcrypt                          7079365 readahead.conf
7079754 ghostscript                     7080129 redhat-lsb
7078306 gnome-vfs-2.0                   7078476 redhat-release
7078354 gnupg                           7080078 redis.conf
7080076 group                           7078239 request-key.conf
7078011 group-                          7078240 request-key.d
7079564 grub.conf                       7077909 resolv.conf
7079804 gshadow                         7077973 rpc
7077924 gshadow-                        7077893 rpm
7078026 gssapi_mech.conf                7079805 rsyncd.passwd
7078378 gtk-2.0                         7078782 rsyslog.conf
7078713 hal                             7078783 rsyslog.d
7077926 host.conf                       7077998 rwtab
7077927 hosts                           7078605 rwtab.d
7077928 hosts.allow                     7078004 sasl2
7077929 hosts.deny                      7079536 scl
7078945 httpd                           7077937 securetty
7078843 idmapd.conf                     7078051 security
7078366 init                            7078370 selinux
7077983 init.d                          7079907 sensors3.conf
7078571 inittab                         7077938 services
7077930 inputrc                         7078490 sestatus.conf
7079752 ipmidetect.conf                 7079297 setuptool.d
7079589 ipmidetectd.conf                7079674 sfcb
7079695 ipmi_monitoring_sensors.conf    7077912 sgml
7080077 ipmiseld.conf                   7079588 shadow
7079802 ipp.txt                         7077932 shadow-
7078529 iproute2                        7077940 shells
7079986 ipsec.d                         7077958 skel
7079788 iscsi                           7079376 smartd.conf
7078468 issue                           7080031 smrsh
7078469 issue.net                       7079718 snmp
7078138 java                            7078329 sos.conf
7078144 jvm                             7078438 sound
7078145 jvm-commmon                     7078701 ssh
7078454 kde                             7077949 ssl
7079256 kdump-adv-conf                  7078606 statetab
7079262 kdump.conf                      7078607 statetab.d
7079761 krb5.conf                       7079388 subversion
7079758 ksmtuned.conf                   7079476 sudo.conf
8127390 ktune.d                         7079923 sudoers
7080124 ld.so.cache                     7079313 sudoers.2014-05-19_14-43-23
7077969 ld.so.conf                      7079478 sudoers.d
7077971 ld.so.conf.d                    7079475 sudo-ldap.conf
7077974 libaudit.conf                   7077890 sysconfig
7079572 libibverbs.d                    7080070 sysctl.conf
7079803 libipmiconsole.conf             7079863 sysctl.d
7078192 libreport                       7078478 system-release
7078208 libuser.conf                    7078479 system-release-cpe
7078762 libvirt                         7077966 terminfo
7079904 libvirt-cim.conf                7079696 Trolltech.conf
7077972 localtime                       7079604 tsar
7078003 login.defs                      7080147 tuned.conf
7078172 logrotate.conf                  8127392 tune-profiles
7078173 logrotate.d                     7078384 udev
7080134 lsb-release                     7078602 udev.d
7080082 lsb-release.d                   7079532 updatedb.conf
7078887 lvm                             7078369 vimrc
7078906 lynx.cfg                        7078012 virc
7078907 lynx.lss                        7079329 warnquota.conf
7078905 lynx-site.cfg                   7079494 wgetrc
7078028 magic                           7079481 wvdial.conf
7079931 mail                            7077892 X11
7077964 mailcap                         7077959 xdg
7078195 mail.rc                         7079649 xinetd.conf
7078016 makedev.d                       7077961 xinetd.d
7078352 man.config                      7077915 xml
7078146 maven                           7078353 yum
7079647 mcelog                          7078360 yum.conf
7077965 mime.types                      7078361 yum.repos.d
7079469 minicom.users

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。

[root@gateway tmp]# ls -l /tmp
总用量 8
-rw-r--r-- 1 root root   32 6月  10 14:05 example.txt
srwxr-xr-x 1 root root    0 10月 21 2014 mpd2.console_root
drwxr-xr-x 3 root root 4096 8月  29 2013 UnixBench5.1.3_xk

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

[root@gateway tmp]# ls -li /tmp
总用量 8
1573107 -rw-r--r-- 1 root root   32 6月  10 14:05 example.txt
1572911 srwxr-xr-x 1 root root    0 10月 21 2014 mpd2.console_root
1573045 drwxr-xr-x 3 root root 4096 8月  29 2013 UnixBench5.1.3_xk

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)。

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(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

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。

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