深入理解Linux磁盤文件系統之inode詳解

inode是什麼？

inode中文譯名為"索引節點"

文件儲存在硬盤上，硬盤的最小存儲單位叫做"扇區"（Sector）。每個扇區儲存512位元組（相當於0.5KB）。

操作系統讀取硬盤的時候，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"，是文件存取的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。

文件數據都儲存在"塊"中，那麼很顯然，我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，比如文件的創建者、文件的創建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區域就叫做inode，中文譯名為"索引節點"。

inode的內容

inode包含文件的元信息，具體來說有以下內容：

* 文件的位元組數

* 文件擁有者的User ID

* 文件的Group ID

* 文件的讀、寫、執行權限

*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，即有多少文件名指向這個inode

* 文件數據block的位置

示例1：

stat命令，查看某個文件的inode信息

[root@localhost mytest]# stat a.txt 

mtime ： modify time,修改文件內容的時間

即指文件內容上一次變動的時間。如：echo aa >> a.sh 或vim a.sh 修改內容

atime ： access time 訪問文件內容的時間

即指文件上一次查看文件的時間，如： cat a.sh

ctime指inode上一次文件屬性變動的時間，change time 。 比如： chmod +x a.sh

inode的大小

inode也會消耗硬盤空間，所以硬盤格式化的時候，操作系統自動將硬盤分成兩個區域。一個是數據區，存放文件數據；另一個是inode區（inode table），存放inode所包含的信息。

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，假定在一塊1GB的硬盤中，每個inode節點的大小為128位元組，每1KB就設置一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，占整塊硬盤的12.8%。

inode號碼

每個inode都有一個號碼，操作系統用inode號碼來識別不同的文件。

Unix/Linux系統內部不使用文件名，而使用inode號碼來識別文件。對於系統來說，文件名只是inode號碼便於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，系統內部這個過程分成三步：首先，系統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；最後，根據inode信息，找到文件數據所在的block，讀出數據。

示例2

使用ls -i命令，可以看到文件名對應的inode號碼

[root@localhost mytest]# ls -i

 或
[root@localhost mytest]# ll -i

示例3

查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量，可以使用df命令

[root@localhost mytest]# df -i

目錄文件

Unix/Linux系統中，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。

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

示例4

ls -i命令列出整個目錄文件，即文件名和inode號碼：

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

實戰

解決磁盤有空間但創建不了文件

場景

在一台配置較低的Linux服務器（內存、硬盤比較小）的/data分區內創建文件時，系統提示磁盤空間不足，用df -h命令查看了一下磁盤使用情況，發現/data分區只使用了80%，還有1.9G的剩餘空間，但是無法創建新的文件。當時使用的是root用戶。服務器沒有被黑。

[root@localhost mytest]# df -h

文件系統 容量 已用 可用 已用% 掛載點

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

常識： 只要權限夠，磁盤上有空間一定可以創建文件。 這個是錯的。

排查過程

第一步：

用df -i

查看了一下/data所在的分區的索引節點(inode)，發現已經用滿(IUsed=100%)，導致系統無法創建新目錄和文件。

問題原因：

/data/cache目錄中存在數量非常多的小位元組緩存文件，佔用的Block不多，但是佔用了大量的inode。

[root@localhost mytest] # df -i 

文件系統 Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 掛載點

/dev/sda3 5242880 5242880 0 100% /

解決方案

第一種方案：

刪除/data/cache目錄中的部分文件，釋放出/data分區的一部分inode。

第二種方案 :

在/data備份好一些文件，然後刪除這些文件，釋放一些inode，然後創建一個文件夾/data/cache2。在cache2下掛載一個新分區： sda4 ，下次寫數據需要寫到新分區cache2目錄下。

inode分區完後，是不可以再增加的, inode總數是在格式化時定下來。

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

參數：

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

擴展

inode的特殊作用

由於inode號碼與文件名分離，這種機制導致了一些Unix/Linux系統特有的現象。

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. 打開一個文件以後，系統就以inode號碼來識別這個文件，不再考慮文件名。

因此，通常來說，系統無法從inode號碼得知文件名。