Linux inode的正確理解
一、inode是什么?
理解inode，要從文件儲存說起。
文件儲存在硬盤上，硬盤的最小存儲單位叫做"扇區(qū)"(Sector)。每個扇區(qū)儲存512字節(jié)(相當于0.5KB)。
操作系統(tǒng)讀取硬盤的時候，不會一個個扇區(qū)地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續(xù)讀取多個扇區(qū)，即一次性讀取一個"塊"(block)。這種由多個扇區(qū)組成的"塊"，是文件存取的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4KB，即連續(xù)八個 sector組成一個 block。
文件數(shù)據(jù)都儲存在"塊"中，那么很顯然，我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，比如文件的創(chuàng)建者、文件的創(chuàng)建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區(qū)域就叫做inode，中文譯名為"索引節(jié)點"。
每一個文件都有對應的inode，里面包含了與該文件有關的一些信息。
二、inode的內容
inode包含文件的元信息，具體來說有以下內容：
- * 文件的字節(jié)數(shù)
- * 文件擁有者的User ID
- * 文件的Group ID
- * 文件的讀、寫、執(zhí)行權限
- * 文件的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指文件內容上一次變動的時間，atime指文件上一次打開的時間。
- * 鏈接數(shù)，即有多少文件名指向這個inode
- * 文件數(shù)據(jù)block的位置
可以用stat命令，查看某個文件的inode信息：
- stat example.txt
總之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于為什么沒有文件名，下文會有詳細解釋。
三、inode的大小
inode也會消耗硬盤空間，所以硬盤格式化的時候，操作系統(tǒng)自動將硬盤分成兩個區(qū)域。一個是數(shù)據(jù)區(qū)，存放文件數(shù)據(jù);另一個是inode區(qū)(inode table)，存放inode所包含的信息。
每個inode節(jié)點的大小，一般是128字節(jié)或256字節(jié)。inode節(jié)點的總數(shù)，在格式化時就給定，一般是每1KB或每2KB就設置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中，每個inode節(jié)點的大小為128字節(jié)，每1KB就設置一個inode，那么inode table的大小就會達到128MB，占整塊硬盤的12.8%。
查看每個硬盤分區(qū)的inode總數(shù)和已經(jīng)使用的數(shù)量，可以使用df命令。
- df -i
查看每個inode節(jié)點的大小，可以用如下命令：
- sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"
由于每個文件都必須有一個inode，因此有可能發(fā)生inode已經(jīng)用光，但是硬盤還未存滿的情況。這時，就無法在硬盤上創(chuàng)建新文件。
四、inode號碼
每個inode都有一個號碼，操作系統(tǒng)用inode號碼來識別不同的文件。
這里值得重復一遍，Unix/Linux系統(tǒng)內部不使用文件名，而使用inode號碼來識別文件。對于系統(tǒng)來說，文件名只是inode號碼便于識別的別稱或者綽號。
表面上，用戶通過文件名，打開文件。實際上，系統(tǒng)內部這個過程分成三步：首先，系統(tǒng)找到這個文件名對應的inode號碼;其次，通過inode號碼，獲取inode信息;最后，根據(jù)inode信息，找到文件數(shù)據(jù)所在的block，讀出數(shù)據(jù)。
使用ls -i命令，可以看到文件名對應的inode號碼：
- ls -i example.txt
五、目錄文件
Unix/Linux系統(tǒng)中，目錄(directory)也是一種文件。打開目錄，實際上就是打開目錄文件。
目錄文件的結構非常簡單，就是一系列目錄項(dirent)的列表。每個目錄項，由兩部分組成：所包含文件的文件名，以及該文件名對應的inode號碼。
ls命令只列出目錄文件中的所有文件名：
- ls /etc
ls -i命令列出整個目錄文件，即文件名和inode號碼：
- ls -i /etc
如果要查看文件的詳細信息，就必須根據(jù)inode號碼，訪問inode節(jié)點，讀取信息。ls -l命令列出文件的詳細信息。
- ls -l /etc
理解了上面這些知識，就能理解目錄的權限。目錄文件的讀權限(r)和寫權限(w)，都是針對目錄文件本身。由于目錄文件內只有文件名和inode號碼，所以如果只有讀權限，只能獲取文件名，無法獲取其他信息，因為其他信息都儲存在inode節(jié)點中，而讀取inode節(jié)點內的信息需要目錄文件的執(zhí)行權限(x)。
六、硬鏈接
一般情況下，文件名和inode號碼是"一一對應"關系，每個inode號碼對應一個文件名。但是，Unix/Linux系統(tǒng)允許，多個文件名指向同一個inode號碼。
這意味著，可以用不同的文件名訪問同樣的內容;對文件內容進行修改，會影響到所有文件名;但是，刪除一個文件名，不影響另一個文件名的訪問。這種情況就被稱為"硬鏈接"(hard link)。
ln命令可以創(chuàng)建硬鏈接：
- ln 源文件 目標文件
運行上面這條命令以后，源文件與目標文件的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode信息中有一項叫做"鏈接數(shù)"，記錄指向該inode的文件名總數(shù)，這時就會增加1。
反過來，刪除一個文件名，就會使得inode節(jié)點中的"鏈接數(shù)"減1。當這個值減到0，表明沒有文件名指向這個inode，系統(tǒng)就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區(qū)域。
這里順便說一下目錄文件的"鏈接數(shù)"。創(chuàng)建目錄時，默認會生成兩個目錄項："."和".."。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼，等同于當前目錄的"硬鏈接";后者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼，等同于父目錄的"硬鏈接"。所以，任何一個目錄的"硬鏈接"總數(shù)，總是等于2加上它的子目錄總數(shù)(含隱藏目錄)。
七、軟鏈接
除了硬鏈接以外，還有一種特殊情況。
文件A和文件B的inode號碼雖然不一樣，但是文件A的內容是文件B的路徑。讀取文件A時，系統(tǒng)會自動將訪問者導向文件B。因此，無論打開哪一個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱為文件B的"軟鏈接"(soft link)或者"符號鏈接(symbolic link)。
這意味著，文件A依賴于文件B而存在，如果刪除了文件B，打開文件A就會報錯："No such file or directory"。這是軟鏈接與硬鏈接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode號碼，文件B的inode"鏈接數(shù)"不會因此發(fā)生變化。
ln -s命令可以創(chuàng)建軟鏈接。
- ln -s 源文文件或目錄 目標文件或目錄
八、inode的特殊作用
由于inode號碼與文件名分離，這種機制導致了一些Unix/Linux系統(tǒng)特有的現(xiàn)象。
1. 有時，文件名包含特殊字符，無法正常刪除。這時，直接刪除inode節(jié)點，就能起到刪除文件的作用。
2. 移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼。
3. 打開一個文件以后，系統(tǒng)就以inode號碼來識別這個文件，不再考慮文件名。因此，通常來說，系統(tǒng)無法從inode號碼得知文件名。
第3點使得軟件更新變得簡單，可以在不關閉軟件的情況下進行更新，不需要重啟。因為系統(tǒng)通過inode號碼，識別運行中的文件，不通過文件名。更新的時候，新版文件以同樣的文件名，生成一個新的inode，不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。
