深入理解Linux磁盘文件系统之inode详解

inode是什么？

inode中文译名为"索引节点"

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"。

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

示例1：

stat命令，查看某个文件的inode信息

[root@localhost mytest]# stat a.txt 

mtime ： modify time,修改文件内容的时间

即指文件内容上一次变动的时间。如：echo aa >> a.sh 或vim a.sh 修改内容

atime ： access time 访问文件内容的时间

即指文件上一次查看文件的时间，如： cat a.sh

ctime指inode上一次文件属性变动的时间，change time 。 比如： chmod +x a.sh

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，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%。

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。

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。

示例2

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码

[root@localhost mytest]# ls -i

 或
[root@localhost mytest]# ll -i

示例3

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@localhost mytest]# df -i

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。

[root@localhost mytest]# ls -id /etc/

示例4

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

[root@localhost mytest]# ls -id /etc/

实战

解决磁盘有空间但创建不了文件

场景

在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了80%，还有1.9G的剩余空间，但是无法创建新的文件。当时使用的是root用户。服务器没有被黑。

[root@localhost mytest]# df -h

文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点

/dev/sda3 10G 8.0G 1.9G 80% /

常识： 只要权限够，磁盘上有空间一定可以创建文件。 这个是错的。

排查过程

第一步：

用df -i

查看了一下/data所在的分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。

问题原因：

/data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。

[root@localhost mytest] # df -i 

文件系统 Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 挂载点

/dev/sda3 5242880 5242880 0 100% /

解决方案

第一种方案：

删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。

第二种方案 :

在/data备份好一些文件，然后删除这些文件，释放一些inode，然后创建一个文件夹/data/cache2。在cache2下挂载一个新分区： sda4 ，下次写数据需要写到新分区cache2目录下。

inode分区完后，是不可以再增加的, inode总数是在格式化时定下来。

[root@localhost mytest] # mkfs.ext4 -I 500000000000 /dev/sda1 #可以指定大小

参数：

[-i bytes-per-inode] [-I inode-size]

扩展

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。