Linux的inode的了解

本文轉自iTech的部落格，連結：http://www.cnblogs.com/itech/archive/2012/05/15/2502284.html

一、inode是什麼？

了解inode，要從檔案儲存說起。

檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小存儲機關叫做"扇區"（Sector）。每個扇區儲存512位元組（相當于0.5KB）。

作業系統讀取硬碟的時候，不會一個個扇區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取一個"塊"（block）。這種由多個扇區組成的"塊"，是檔案存取的最小機關。"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的内容

inode包含檔案的元資訊，具體來說有以下内容：

　　* 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、執行權限

　　* 檔案的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指檔案内容上一次變動的時間，atime指檔案上一次打開的時間。

　　* 連結數，即有多少檔案名指向這個inode

　　* 檔案資料block的位置

可以用stat指令，檢視某個檔案的inode資訊：

stat example.txt

總之，除了檔案名以外的所有檔案資訊，都存在inode之中。至于為什麼沒有檔案名，下文會有詳細解釋。

三、inode的大小

inode也會消耗硬碟空間，是以硬碟格式化的時候，作業系統自動将硬碟分成兩個區域。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%。

檢視每個硬碟分區的inode總數和已經使用的數量，可以使用df指令。

df -i

檢視每個inode節點的大小，可以用如下指令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

由于每個檔案都必須有一個inode，是以有可能發生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号碼

每個inode都有一個号碼，作業系統用inode号碼來識别不同的檔案。

這裡值得重複一遍，Unix/Linux系統内部不使用檔案名，而使用inode号碼來識别檔案。對于系統來說，檔案名隻是inode号碼便于識别的别稱或者綽号。表面上，使用者通過檔案名，打開檔案。實際上，系統内部這個過程分成三步：首先，系統找到這個檔案名對應的inode号碼；其次，通過inode号碼，擷取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指令，可以看到檔案名對應的inode号碼：

ls -i example.txt

五、目錄檔案

Unix/Linux系統中，目錄（directory）也是一種檔案。打開目錄，實際上就是打開目錄檔案。

目錄檔案的結構非常簡單，就是一系列目錄項（dirent）的清單。每個目錄項，由兩部分組成：所包含檔案的檔案名，以及該檔案名對應的inode号碼。

ls指令隻列出目錄檔案中的所有檔案名：

ls /etc

ls -i指令列出整個目錄檔案，即檔案名和inode号碼：

ls -i /etc

如果要檢視檔案的詳細資訊，就必須根據inode号碼，通路inode節點，讀取資訊。ls -l指令列出檔案的詳細資訊。

ls -l /etc

六、硬連結

一般情況下，檔案名和inode号碼是"一一對應"關系，每個inode号碼對應一個檔案名。但是，Unix/Linux系統允許，多個檔案名指向同一個inode号碼。這意味着，可以用不同的檔案名通路同樣的内容；對檔案内容進行修改，會影響到所有檔案名；但是，删除一個檔案名，不影響另一個檔案名的通路。這種情況就被稱為"硬連結"（hard link）。

ln指令可以建立硬連結：

ln 源檔案 目标檔案

運作上面這條指令以後，源檔案與目标檔案的inode号碼相同，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的檔案名總數，這時就會增加1。反過來，删除一個檔案名，就會使得inode節點中的"連結數"減1。當這個值減到0，表明沒有檔案名指向這個inode，系統就會回收這個inode号碼，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号碼就是目前目錄的inode号碼，等同于目前目錄的"硬連結"；後者的inode号碼就是目前目錄的父目錄的inode号碼，等同于父目錄的"硬連結"。是以，任何一個目錄的"硬連結"總數，總是等于2加上它的子目錄總數（含隐藏目錄）,這裡的2是父目錄對其的“硬連結”和目前目錄下的".硬連結“。也就是說：一個目錄的硬連結次數是它本身及下面包含的所有硬連結次數的總和，而非該目錄本身被硬連結的次數。

六-1目錄挂載與inode

假設系統僅有/以及/home兩個目錄，/被挂載到hda1,/home被挂載到hda2。那麼執行ls -lid / /home，則出現：

/與/home的inode均是2，這是因為兩個目錄存于不同的partiton，inode互相獨立的原因。

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号碼雖然不一樣，但是檔案A的内容是檔案B的路徑。讀取檔案A時，系統會自動将通路者導向檔案B。是以，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"符号連結（symbolic link）。

這意味着，檔案A依賴于檔案B而存在，如果删除了檔案B，打開檔案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的檔案名，而不是檔案B的inode号碼，檔案B的inode"連結數"不會是以發生變化。

ln -s指令可以建立軟連結。

ln -s 源文檔案或目錄 目标檔案或目錄

八、inode的特殊作用

由于inode号碼與檔案名分離，這種機制導緻了一些Unix/Linux系統特有的現象。

　　1. 有時，檔案名包含特殊字元，無法正常删除。這時，直接删除inode節點，就能起到删除檔案的作用。

　　2. 移動檔案或重命名檔案，隻是改變檔案名，不影響inode号碼。

　　3. 打開一個檔案以後，系統就以inode号碼來識别這個檔案，不再考慮檔案名。是以，通常來說，系統無法從inode号碼得知檔案名。

      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，不需要重新開機。因為系統通過inode号碼，識别運作中的檔案，不通過檔案名。更新的時候，新版檔案以同樣的檔案名，生成一個新的inode，不會影響到運作中的檔案。等到下一次運作這個軟體的時候，檔案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

在一台配置較低的Linux伺服器（記憶體、硬碟比較小）的/data分區内建立檔案時，系統提示磁盤空間不足，用df -h指令檢視了一下磁盤使用情況，發現/data分區隻使用了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分區的索引節點(inode)，發現已經用滿(IUsed=100%)，導緻系統無法建立新目錄和檔案。 

查找原因：

　　/data/cache目錄中存在數量非常多的小位元組緩存檔案，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。 

解決方案：

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

　　2、用軟連接配接将空閑分區/opt中的newcache目錄連接配接到/data/cache，使用/opt分區的inode來緩解/data分區inode不足的問題：

　　ln -s /opt/newcache /data/cache