一天一点学习Linux之Inode详解

2011年04月05日 Linux基础 评论 32 条 阅读 38,463 views 次

在Linux文件系统中,很多人对Inode都不太明白,今天我就和大家一起来分享一下我对Inode的认识,如果有理解错误的地方,请大家多多批评指点。
在上一篇一天一点学习Linux之认识文件系统中,在最后给出了一张EXT3文件系统结构图,里面已经涉及到了Inode的相关信息——图的左下角部分,今天,我们就专门对这一部分进行一下详解,希望通过今天的内容,能帮助大家更清楚的了解Inode。


先看看Inode的结构图

inode

再来了解一下文件系统如何存取文件的

1、根据文件名,通过Directory里的对应关系,找到文件对应的Inode number
2、再根据Inode number读取到文件的Inode table
3、再根据Inode table中的Pointer读取到相应的Blocks

这里有一个重要的内容,就是Directory,他不是我们通常说的目录,而是一个列表,记录了一个文件/目录名称对应的Inode number。如下图

Directory

Directory:
A directory is a mapping between the human name for the file and the computer's inode number.
所以说,这个Directory不是文件,我们可以看作是文件系统中的一个属性,只是用来关键文件名与Inode number。这个一定要理解好,否则后面关于硬链接的内容,就不容易理解了。

我在一天一点学习Linux之文件与目录权限的基本概念中讲到
第二栏表示的是有多少文件连接到inode
如果是一个文件,此时这一字段表示这个文件所具有的硬链接数,
如果是一个目录,则此字段表示该目录所含子目录的个数。

现在是不是容易理解了?如果你还不是很明白,那么下面我们就再通过实例让大家明白。

我们以RHEL6系统为例

在根目录下创建一个test目录,我们进入此目录,进行操作。
[root@yufei test]# pwd
/test
[root@yufei test]# touch testfile
[root@yufei test]# mkdir testdir
创建实验文件和目录
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r--r--. 1 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
查看到文件与目录的Inode和inode count分别为
977 <-----> 2 <-----> testdir
976 <-----> 1 <-----> testfile

现在目录的链接数为2,文件的链接数为1。为什么会这样呢?其实很好理解。对于目录而言,每个目录里面肯定会有两个特殊目录,那就是.和..这两个目录,我们前面的课程中也讲到,.表示当前的目录,而..则是表示上层目录。我们也知道,在Linux系统中,是从根来开始查找的,要想找到某个目录,必需要先找到他的上层目录,所以说,空目录(严格的来说,不能叫空目录)是有两个链接到相应的Inode number的。作为文件很明显,他只有一个链接到相应的Inode number。也不用多说,

下面我们就来看看这个链接数是如何改变的。
继续上面的操作
[root@yufei test]# ln testfile testfile.hard
[root@yufei test]# ln -s testfile testfile.soft
对testfile建立一个硬链接和一个软链接
[root@yufei test]# ls -il
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r--r--. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r--r--. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile

再查看文件和目录的属性,我们就发现:创建一个硬链接后,testfile的inode count增加了一个。而且testfile和testfile.hard这两个的Inode number是一样的。这个硬链接就是重新创建了一个文件名对应到原文件的Inode。实质就是在Directory中增加了一个新的对应关系。通过这个例子,你是不是更清楚了,这个Inode count的含义了。他就是指,一个Inode对应了多少个文件名。

下面我们再来看看硬链接的其他特点

[root@yufei ~]# watch -n 1 "df -i;df"
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:52:53 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
用上面的命令可以实时查看系统中所剩的block和inode的变化数量。
建议大家不要用deumpe2fs和tune2fs这两个命令,如果使用他们来查看的话,将会很郁闷——你会发现,你无论怎么创建文件或对文件写入内容,Inode和block的值都不会变,除非你每操作一次,重新启动一次系统,而用了上面的命令,就是第秒钟监视他们的变化情况。关于df的命令使用,大家可以自行查看帮助进行学习。当然还有du这个命令,他们都和文件系统有关。

我们再来创建一个硬链接
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r--r--. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r--r--. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
[root@yufei test]# ln testfile testfile.hard1
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard1
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile

可以再观察一下Inode count和Inode number的对应关系。
下面再看看inodes和blocks的变化
[root@yufei ~]# watch -n 1 "df -i;df"
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:53:38 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
我们发现,inodes和blocks是没有减少的,所以说,硬链接是不会占用磁盘的空间的。
如果说删除硬链接的话,就会改变Inode count的数量。硬链接还有其他的两个特性:不能跨Filesystem也不能link目录。

下面再来看看这个软链接

[root@yufei test]# ls -il testfile.soft testfile
976 -rw-r--r--. 3 root root 0 Apr  5 21:50 testfile
978 lrwxrwxrwx. 1 root root 8 Apr  5 21:52 testfile.soft -> testfile

他的Inode number和原文件不一样。而且大小也发生了变化。可见,这个软链接是重新建立了一个文件,而文件是指向到原文件,而不是指向原Inode。当然他会占用掉 inode 与 block。当我们删除了源文件后,链接文件不能独立存在,虽然仍保留文件名,但我们却不能查看软链接文件的内容了。但软链接是可以跨文件系统,而且是可以链接目录。他就相当于windows系统下的快捷方式一样。通过这个特性,我们可以通过软链接解决某个分区inode conut不足的问题(软链接到另一个inode count足够多的分区)。

接下来,我们再来分析一下复制文件、移动文件和删除文件对inode的影响

[root@yufei ~]# watch -n 1 "df -i;df"
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:57:38 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm

[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile.hard
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile.hard1
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
我们先记录以上的信息

先看复制文件的情况
[root@yufei test]# cp testfile testfile.cp
[root@yufei test]# ls -li
976 -rw-r--r--. 3 root root    0 Apr  5 21:50 testfile
979 -rw-r--r--. 1 root root    0 Apr  5 21:58 testfile.cp

我们只对比这两个文件,发现Inode number不一样,我们再来看看inodes和blocks的剩余情况
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 22:02:49 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105416  855576   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747620  11603108  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
发现inodes减少了一个,而blocks也少了,这就说明,复制文件是创建文件,并占Inode和Block的。
文件创建过程是:先查找一个空的Inode,写入新的Inode table,创建Directory,对应文件名,向block中写入文件内容

关于移动文件和删除文件的实验,大家可以自己动手来实践吧。我直接给出相应的说明。
移动文件,他分两种情况:
在同一个文件系统中移动文件时
创建一个新的文件名和Inode的对应关系(也就是在Directory中写入信息),然后在Directory中删除旧的信息,更新CTIME,其他的信息如Inode等等均无任何影响

在不同文件系统移动文件时
先查找一个空的Inode,写入新的Inode table,创建Directory中的对应关系,向block中写入文件内容,同时还会更改CTIME。

删除文件
他实质上就是减少link count,当link count为0时,就表示这个Inode可以使用,并把Block标记为可以写,但并没有清除Block里面数据,除非是有新的数据需要用到这个block。

最后我们来做个总结:

1、一个Inode对应一个文件,而一个文件根据其大小,会占用多块blocks。
2、更为准确的来说,一个文件只对应一个Inode。因为硬链接其实不是创建新文件,只是在Directory中写入了新的对应关系而已。
3、当我们删除文件的时候,只是把Inode标记为可用,文件在block中的内容是没有被清除的,只有在有新的文件需要占用block的时候,才会被覆盖。

本文关键词:一天一点,学习Linux,Inode,ln,Inode详解,软链接,硬链接

32 条留言  访客:18 条  博主:13 条   引用: 1 条

  1. :(,inode.png和Directory.png这两图片呢?
    看了你上一篇文件系统,讲得非常好。

  2. . 和..的inode count是由什么决定,请帮助解答

    • inode count由文件系统的格式而定!

    • avatar ultrahabbit

      .和..,都是普通的目录。所以它们二者是没有inode count的。而是这二者分别对应的inode这个数据结构有inode count。

      例如,文件testfile对应的inode的inode count是3。现在把rm testfile,请问inode count是几? 文件testfile已经不存在了,你总不能说已经不存在的testfile的inode count是2吧

      .和..,是当前的“目录文件”中第一个条目与第二个条目,名字字符串分别是“.”和“..”

      文件系统中的一个名字,如何判断这个名字是个文件还是目录?就查它所对应的inode中的类型值是目录还是文件。

      既然可以判定.和..是目录,它们对应的inode号码分别是什么?答案是,“.”对应的inode号码就是当前目录的inode号码,它们二者是硬链接关系。“..”对应的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码。

      你可能要问:当前这个目录到底是指什么?答案是,有两层含义。第一层含义指一个inode与相应的存储块;第二层含义是指当前这个目录的父目录的“目录文件”中有一个条目,条目的名称字符串与inode号码匹配了当前这个目录。

      为什么要有“..”这么个特殊的条目?因为如果你只知道一个目录的inode,如何立即知道其父目录的inode?就靠“..”。

  3. avatar ultrahabbit

    “我们发现,inodes和blocks是没有减少的,所以说,硬链接是不会占用磁盘的空间的。”

    这显然是不正确的。在一个目录下建一个空文件,然后创建指向这个空文件的100 000个硬链接,你说它是否会消耗了磁盘的block?答案是显然的。block是4K字节,这十万个硬链接的信息总得有个地方存储吧

    楼主为什么在这个小例子上失误了呢?因为没有刨根究底弄清楚“文件”与“目录”到底意味着什么。

    答案是:一个文件或目录,就是在文件系统的某个目录的数据内容(可称为“目录文件”)中的一个条目,正式名称是“目录项”(dirent)。用ln命令创建一个硬链接,就是在这个硬链接所属的目录的目录文件中新加一个条目。在一个目录下创建十万个硬链接,就是在这个“目录文件”中创建了十万个条目。每个条目包含文件名与inode号码这两项数据。

    换句话说,一个inode的每一个硬链接都对应着文件系统的某个“目录文件”中的唯一的一个条目。

    创建一个目录时,文件系统在目录下自动给添加了“.”、“..”,这就好理解了。这两个就是在新创建的“目录文件”中的第一个、第二个条目的名称字符串,其inode号码分别是当前被创建的目录的inode号码、被创建目录的父目录的inode号码。

    一个目录的inode的硬链接数,等于该目录的子目录数(假设为n)加上2。这句话如何理解呢?一个inode的硬链接数,就是在文件系统的所有“目录文件”中,指向这个inode的条目的总数。所以,一个目录,在文件系统的所有“目录文件”中有n+2个条目指向这个目录的inode。在它的n个子目录的每个“目录文件”的第二个条目的名称是“..”,都指向这个inode;它自身的“目录文件”的第一个条目的名称是“.”也指向这个inode;它的父目录的“目录文件”中有一个条目也指向这个inode。这就是n+2的来历。

    • 非常感谢您给我指出问题,我是学艺不精啊!
      感谢您给我们讲解的这么详细,受益了!
      希望能多来指点。

来自外部的引用: 1 条

  • Linux文件系统之inode-DT数据-dtshuju.com – DT数据-业界资讯聚合,开源技术分享

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