Linux inode 詳解

2020-06-16 16:31:20

作業系統的檔案資料除了實際內容之外，通常含有非常多的屬性，例如Linux作業系統的檔案許可權與檔案屬性。檔案系統通常會將這兩部分內容分別存放在inode和block中。

inode 和 block 概述#

檔案是儲存在硬碟上的，硬碟的最小儲存單位叫做磁區sector，每個磁區儲存512位元組。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。

檔案資料儲存在塊中，那麼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，也叫i節點。因此，一個檔案必須佔用一個inode，但至少占用一個block。

元資訊 → inode
資料 → block

inode 內容#

inode包含很多的檔案元資訊，但不包含檔名，例如：位元組數、屬主UserID、屬組GroupID、讀寫執行許可權、時間戳等。

而檔名存放在目錄當中，但Linux系統內部不使用檔名，而是使用inode號碼識別檔案。對於系統來說檔名只是inode號碼便於識別的別稱。

stat#

檢視inode資訊

[root@localhost ~]# mkdir test
[root@localhost ~]# echo "this is test file" > test.txt

[root@localhost ~]# stat test.txt
  File: ‘test.txt’
  Size: 18              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fd00h/64768d    Inode: 33574994    Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
Access: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Modify: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Change: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
 Birth: -

三個主要的時間屬性：

ctime：change time是最後一次改變檔案或目錄（屬性）的時間，例如執行chmod，chown等命令。
atime：access time是最後一次存取檔案或目錄的時間。
mtime：modify time是最後一次修改檔案或目錄（內容）的時間。

file#

檢視檔案型別

[root@localhost ~]# file test
test: directory
[root@localhost ~]# file test.txt
test.txt: ASCII text

inode 號碼#

表面上，使用者通過檔名開啟檔案，實際上，系統內部將這個過程分為三步：

1.系統找到這個檔名對應的inode號碼；
2.通過inode號碼，獲取inode資訊；
3.根據inode資訊，找到檔案資料所在的block，並讀出資料。

其實系統還要根據inode資訊，看使用者是否具有存取的許可權，有就指向對應的資料block，沒有就返回許可權拒絕。

ls -i#

直接檢視檔案i節點號，也可以通過stat檢視檔案inode資訊檢視i節點號。

[root@localhost ~]# ls -i
33574991 anaconda-ks.cfg      2086 test  33574994 test.txt

inode 大小#

inode也會消耗硬碟空間，所以格式化的時候，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，存放inode所包含的資訊。每個inode的大小，一般是128位元組或256位元組。通常情況下不需要關注單個inode的大小，而是需要重點關注inode總數。inode總數在格式化的時候就確定了。

df -i#

檢視硬碟分割區的inode總數和已使用情況

[root@localhost ~]# df -i
Filesystem               Inodes IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/mapper/CentOS-root 8910848 26029 8884819    1% /
devtmpfs                 230602   384  230218    1% /dev
tmpfs                    233378     1  233377    1% /dev/shm
tmpfs                    233378   487  232891    1% /run
tmpfs                    233378    16  233362    1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1                524288   328  523960    1% /boot
tmpfs                    233378     1  233377    1% /run/user/0

特有現象#

由於inode號碼與檔名分離，導致一些Unix/Linux系統具備以下幾種特有的現象。

1.檔名包含特殊字元，可能無法正常刪除。這時直接刪除inode，能夠起到刪除檔案的作用；

find ./* -inum 節點號 -delete

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。

這種情況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。

inode 耗盡故障#

由於硬碟分割區的inode總數在格式化後就已經固定，而每個檔案必須有一個inode，因此就有可能發生inode節點用光，但硬碟空間還剩不少，卻無法建立新檔案。同時這也是一種攻擊的方式，所以一些公用的檔案系統就要做磁碟限額，以防止影響到系統的正常執行。

至於修復，很簡單，只要找出哪些大量佔用i節點的檔案刪除就可以了。

demo:

1.先準備一個比較小的硬碟分割區/dev/sdb1，並格式化掛載，這裡掛載到了/data目錄下。

[root@localhost ~]# df -hT /data/
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1      xfs    29M  1.8M   27M   6% /data

2.先測試可以正常建立檔案。

[root@localhost ~]# touch /data/test{1..5}.txt
[root@localhost ~]# ls /data/
test1.txt  test2.txt  test3.txt  test4.txt  test5.txt

3.檢視i節點的使用情況。

[root@localhost ~]# df -i /data/
Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1       16384     8 16376    1% /data

4.編寫一個測試程式，建立大量空檔案，用於耗盡此分割區中的i節點數。

[root@localhost ~]# vim killinode.sh
#!/bin/bash
i=1
while [ $i -le 16376 ]
do
touch /data/file$i
let i++
done

5.執行測試程式，結束後檢視i節點占用情況，磁碟分割區空間使用情況。

[root@localhost ~]# sh killinode.sh
[root@localhost ~]# df -i /data/
Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1       16384 16384     0  100% /data
[root@localhost ~]# df -hT /data/
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1      xfs    29M   11M   19M  36% /data

6.雖然還有很多剩餘空間，但是i節點耗盡了，也無法建立建立新檔案，這就是i節點耗盡故障。

[root@localhost ~]# touch /data/newfile.txt
touch: cannot touch ‘/data/newfile.txt’: No space left on device

硬連結與軟連結#

硬連結#

通過檔案系統的inode連結來產生的新的檔名，而不是產生新的檔案，稱為硬連結。

一般情況下，每個inode號碼對應一個檔名，但是Linux允許多個檔名指向同一個inode號碼。意味著可以使用不同的檔名存取相同的內容。

ln 原始檔 目標

執行該命令以後，原始檔與目標檔案的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode資訊中的連結數這時就會增加1。

當一個檔案擁有多個硬連結時，對檔案內容修改，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存取。刪除一個檔名，只會使得inode中的連結數減1。

需要注意的是不能對目錄做硬連結。

通過mkdir命令建立一個新目錄，其硬連結數應該有2個，因為常見的目錄本身為1個硬連結，而目錄下面的隱藏目錄.（點號）是該目錄的又一個硬連結，也算是1個連線數。

軟連結#

類似於Windows的快捷方式功能的檔案，可以快速連線到目標檔案或目錄，稱為軟連結。

ln -s 原始檔或目錄 目標檔案或目錄

軟連結就是再建立一個獨立的檔案，而這個檔案會讓資料的讀取指向它連線的那個檔案的檔名。例如，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。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。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。