目錄，inode學習筆記
1. 關于目錄，文件，數據塊
對于使用計算機的人而言，經常有一種 錯誤的認知：目錄(或者說，文件夾)里面存放著文件。實際上，目錄里面并不存放文件，以及文件數據。
實際上，目錄是一個特殊的文件，針對這個特殊的文件也存在一些特殊的規則，比如利用命令cp /dev/null <your directory>并不能夠銷毀這個特殊的文件，因為目錄的一些特殊的比特位保證了這一安全性，降低了人工操作帶來的風險。在一些老版本的Unix系統里面，用戶可以利用cat命令打開目錄，查看里面的信息，在一些衍生于Debian系統的發行版linux里面，也可以利用vi工具打開目錄，查看一些信息。
在Linux里面，一個文件的信息被存放于兩個位置：
-
數據塊(data block)當中
-
inode當中
硬盤的最小存儲單位叫做“扇區”（Sector）。每個扇區儲存512字節（相當于0.5KB）。操作系統讀取磁盤的時候，不會一個個扇區“挨個讀取”，而是一次讀取多個扇區，即一次讀取一個“塊”(block)，這種由多個扇區組成的”塊”，是文件存取的最小單位?！眽K”的大小，最常見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。data block當中存放了文件的真實內容，而文件的元數據信息，被存放到了inode當中。data block和inode被文件系統有效地組織到了一起。
當文件系統被創建之后，inode的數量以及data block的數量也被固定下來。我們不能夠修改inode的數量，也不能夠修改data block的數量。
當我們創建一個文件的時候，inode編號將作為該文件的唯一id，即，一個文件在同一時刻僅擁有一個inode編號。當我們向一個文件寫入內容的時候，數據被存放到了data block當中。而該文件的文件名，被存放到了該文件所在的目錄文件當中。
對于目錄這種“特殊的文件”，可以簡單地理解為是一張表，這張表里面存放了隸屬于該目錄的文件的文件名，以及所匹配的inode編號。
因此，在linux里面，文件被“拆分”到了3個地方，索引存于inode，文件名存于目錄，數據存于data block。
2. 關于硬鏈接以及復制
基于上述內容對于目錄的描述，可以比較容易解釋linux里面的另外一個重要的概念: hard link(硬鏈接)。
對于文件而言，真正的ID是inode編號，而并非文件名?；貞浺幌履夸浳募? 一張含有文件名和inode編號的表。在這張表里面，我們暫定用一個如下結構表示一個文件: [directory : (filename, inode_number)]，這里以/etc/passwd文件舉例，假設其inode編號為123456(確實有點兒假……)，則可以寫為[/etc/ : (passwd, 123456)]，假設我們在終端上面鍵入了如下命令:
[root@centos7-front1 ~]# ln /etc/passwd /root/hard_link_passwd
則會在/root目錄下面出現一個新的文件名，叫做hard_link_passwd。如果用上述結構表示這個文件，則為[/root/ : (hard_link_passwd, 123456)]，因此，這種目錄或文件名不同，但是inode編號相同的文件，稱為硬鏈接。由于硬鏈接inode編號相同，而且對于同一個inode結構體，便會擁有相同的地址映射以及相同的塊設備鏈表。因此，對于用戶空間而言，修改/etc/passwd，就相當于修改了/root/hard_link_passwd，反之亦然。
同樣基于上述內容對于目錄的描述，針對i_device相同的mv操作，僅僅是刪除了原目錄里面對應的[directory : (filename, inode_number)]，并且在目標目錄新建了另一個[directory : (filename, inode_number)]，由于并沒有對于data block的任何操作，因此速度很快。
3. 初步查看inode
利用ls -i命令可以查看到當前目錄下面的所有文件的inode編號，注意inode編號僅僅是inode結構體里面的一項，并不代表inode全部，下面截取/etc/目錄下的前5個文件：
|
1
2
3
4
5
6
|
[root@centos7-front1 etc]# ls -i | head -n 5
768684 abrt
34370879 adjtime
33554592 aliases
35506331 aliases.db
100705463 alternatives
|
利用stat命令可以查看一個文件更加詳細的inode信息，包括inode編號，占用的塊數量，塊大小，硬鏈接個數，atime, mtime, ctime, ……下面用stat命令查看/etc目錄(如上文所說，目錄也是一種特殊的文件)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
[root@centos7-front1 /]# stat /etc
File: ‘/etc’
Size: 8192 Blocks: 24 IO Block: 4096 directory
Device: 803h/2051d Inode: 33554561 Links: 85
Access: (0755/drwxr-xr-x) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)
Access: 2017-03-28 17:13:00.510221799 -0400
Modify: 2017-03-28 12:37:32.150999451 -0400
Change: 2017-03-28 12:37:32.150999451 -0400
Birth: –
|
從上述結果中，我們可以看出，針對/etc目錄而言，其大小為8192kb，為該目錄下的文件所分配的塊數量為24個，類型為directory，設備名稱為803h/2051d，其Inode編號為33554561，其硬鏈接個數為85個,權限為0755，Uid和Gid均為0，還有atime, mtime, ctime這些信息。
當然，利用stat命令查到的某個文件的inode信息并不是全部的inode結構體里面的信息。內核使用的inode結構體如下所示：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
|
struct inode {
struct hlist_node i_hash; // 哈希表 */
struct list_head i_list; // 索引節點鏈表 */
struct list_head i_dentry; // 目錄項鏈表 */
unsigned long i_ino; // 節點號 */
atomic_t i_count; // 引用記數 */
umode_t i_mode; // 訪問權限控制 */
unsigned int i_nlink; // 硬鏈接數 */
uid_t i_uid; // 使用者id */
gid_t i_gid; // 使用者id組 */
kdev_t i_rdev; // 實設備標識符 */
loff_t i_size; // 以字節為單位的文件大小 */
struct timespec i_atime; // 最后訪問時間 */
struct timespec i_mtime; // 最后修改(modify)時間 */
struct timespec i_ctime; // 最后改變(change)時間 */
unsigned int i_blkbits; // 以位為單位的塊大小 */
unsigned long i_blksize; // 以字節為單位的塊大小 */
unsigned long i_version; // 版本號 */
unsigned long i_blocks; // 文件的塊數 */
unsigned short i_bytes; // 使用的字節數 */
spinlock_t i_lock; // 自旋鎖 */
struct rw_semaphore i_alloc_sem; // 索引節點信號量 */
struct inode_operations *i_op; // 索引節點操作表 */
struct file_operations *i_fop; // 默認的索引節點操作 */
struct super_block *i_sb; // 相關的超級塊 */
struct file_lock *i_flock; // 文件鎖鏈表 */
struct address_space *i_mapping; // 相關的地址映射 */
struct address_space i_data; // 設備地址映射 */
struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS]; // 節點的磁盤限額 */
struct list_head i_devices; // 塊設備鏈表 */
struct pipe_inode_info *i_pipe; // 管道信息 */
struct block_device *i_bdev; // 塊設備驅動 */
unsigned long i_dnotify_mask; // 目錄通知掩碼 */
struct dnotify_struct *i_dnotify; // 目錄通知 */
unsigned long i_state; // 狀態標志 */
unsigned long dirtied_when; // 首次修改時間 */
unsigned int i_flags; // 文件系統標志 */
unsigned char i_sock; // 可能是個套接字吧 */
atomic_t i_writecount; // 寫者記數 */
void *i_security; // 安全模塊 */
__u32 i_generation; // 索引節點版本號 */
union {
void *generic_ip; // 文件特殊信息 */
} u;
};
|
4. inode使用情況以及大小
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字節或256字節。inode節點的總數，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節點的大小為128字節，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%。
查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量，可以使用df命令。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
[root@centos7-front1 ~]# df -i
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sda3 23860224 59694 23800530 1% /
devtmpfs 122809 367 122442 1% /dev
tmpfs 125170 1 125169 1% /dev/shm
tmpfs 125170 433 124737 1% /run
tmpfs 125170 13 125157 1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 256000 329 255671 1% /boot
tmpfs 125170 1 125169 1% /run/user/0
|
查看某個分區的文件系統所分配的單個inode節點的大小，在ext文件系統下，可以使用dumpe2fs命令，例如CentOS6系統上，針對/dev/sda3分區：
|
1
2
3
|
[root@maCentos6 ~]# dumpe2fs -h /dev/sda3 | grep -i “inode size”
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Inode size: 256
|
在xfs文件系統下，可以使用xfs_info命令，例如CentOS7系統上，針對/dev/sda3分區：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
[root@centos7-front1 ~]# xfs_info /dev/sda1
meta-data=/dev/sda1 isize=256 agcount=4, agsize=16000 blks
= sectsz=512 attr=2, projid32bit=1
= crc=0 finobt=0
data = bsize=4096 blocks=64000, imaxpct=25
= sunit=0 swidth=0 blks
naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=0
log =internal bsize=4096 blocks=853, version=2
= sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0
|
4. 參考鏈接
原創文章，作者：jiangche00，如若轉載，請注明出處：http://www.www58058.com/72294
內容總結的非常詳細尤其在查看內核的inode結構體這塊，排版也很不錯，繼續努力