Linux下的inode記錄

我們經常在Linux下可以看到inode，都不知道是什麼東東，那麼我們現在來慢慢了解下。

一、inode是什麼？

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"磁區"（Sector）。每個磁區儲存512位元組（相當於0.5KB）。

作業系統讀取硬碟的時候，不會一個個磁區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個磁區，即一次性讀取一個"塊"（block）。這種由多個磁區組成的"塊"，是檔案存取的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。

檔案資料都儲存在"塊"中，那麼很顯然，我們還必須找到一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"。

二、inode的內容

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

　　* 檔案的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指檔案內容上一次變動的時間，atime指檔案上一次開啟的時間。

　　* 連結數，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。

三、inode的大小

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。一個是資料區，存放檔案資料；另一個是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就設定一個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就設定一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，占整塊硬碟的12.8%。

檢視每個硬碟分割區的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一個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。

四、inode號碼

每個inode都有一個號碼，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

五、目錄檔案

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，存取inode節點，讀取資訊。ls -l命令列出檔案的詳細資訊。

ls -l /etc

六、硬連結

一 般情況下，檔名和inode號碼是"一一對應"關係，每個inode號碼對應一個檔名。但是，Unix/Linux系統允許，多個檔名指向同一個 inode號碼。這意味著，可以用不同的檔名存取同樣的內容；對檔案內容進行修改，會影響到所有檔名；但是，刪除一個檔名，不影響另一個檔名的訪 問。這種情況就被稱為"硬連結"（hard link）。

ln命令可以建立硬連結：

ln 原始檔 目標檔案

運 行上面這條命令以後，原始檔與目標檔案的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode資訊中有一項叫做"連結數"，記錄指向該inode的文 件名總數，這時就會增加1。反過來，刪除一個檔名，就會使得inode節點中的"連結數"減1。當這個值減到0，表明沒有檔名指向這個inode，系 統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域。

這裡順便說一下目錄檔案的"連結數"。建立目錄時， 預設會生成兩個目錄項："."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"硬連結"；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"硬連結"。所以，任何一個目錄的"硬連結"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“硬連結”和當前目錄下的".硬連結“。

七、軟連結

除了硬連結以外，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，系統會自動將存取者導向檔案B。因此，無論打 開哪一個檔案，最終讀取的都是檔案B。這時，檔案A就稱為檔案B的"軟連結"（soft link）或者"符號連結（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"。這是軟連結與硬連結最大的不同：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"連結數"不會因此 發生變化。

ln -s命令可以建立軟連結。

ln -s 源文檔案或目錄 目標檔案或目錄

八、inode的特殊作用

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. 開啟一個檔案以後，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，不需要重新啟動。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，生成一個新的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則被回收。

九 實際問題

在一台設定較低的Linux伺服器（記憶體、硬碟比較小）的/data分割區內建立檔案時，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分割區只使用了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分割區的索引節點(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，佔用的Block不多，但是佔用了大量的inode。

解決方案：

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

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

　　ln -s /opt/newcache /data/cache

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