Linux中关于inode的知识总结

背景

最近在复习Linux命令，到df的时候发现了一个之前忽略的东西。也就是 -i 这个选项，列出文件系统分区的inode信息。这个inode，是个什么东西？

inode是用来做什么的

inode是用来存储文件元信息的区域。中文译名叫做“索引节点”。

关于inode的背景知识

我们先复习下文件存储的一些内容。我们知道，文件存储在硬盘上，硬盘的最小存储单元呢，又被称为扇区，扇区的大小是512字节。

操作系统在硬盘上读取信息时，是按照一次性读取多个扇区的方式来的，而这多个扇区也叫块。通常，块的大小是4KB，大概有8个扇区的大小。需要注意的是，读取的块是连续的空间。

这个时候我们能知道，文件是存储在“块”中的，就像我们写C语言程序的时候，我们知道，当我们声明一个数组的时候，不仅仅会存储放在数组里面的值，还会存储对应的数组信息，比如数组的首地址、文件类型和数组长度等等，同样的，需要找一个地方存储文件的元信息，类似于文件的创建相关的信息、文件的长度等等。而这个地方，我们称做inode。

inode中存储的内容

inode包含着所存储文件的元信息，包含着这些内容：

• 文件的字节数。

• 文件创建者的ID。

• 文件的Group ID。

• 文件的读写等权限。

• 文件的相关时间戳。具体的有三个：ctime-->inode上一次变动的时间；mtime-->文件内容上一次变动的时间；atime-->文件上一次打开的时间。

• 链接数

• 文件数据的块位置
  

inode号码

第一次看到上面的存储内容后，我想大家多少会有相同的疑问，既然inode是存储文件相关信息的，为什么不存储文件名呢。理由就是，文件名并不是Unix／Linux操作系统识别不同文件的标准。

操作系统是通过inode号码来识别不同文件的。

在Unix／Linux系统中，用户层名是通过文件名来打开文件的，系统层面主要是通过了三个步骤来打开文件：

• 根据文件名找到对应的inode号码。

• 通过inode号码获取inode信息。

• 根据inode信息，找到文件数据所存的块，并独处数据。
  

inode的特殊作用

Unix／Linux系统中inode号码和文件名分离，这导致了系统中一些特别的现象：

• 删除inode节点，即是删除文件。有些文件可能无法正确删除，这时我们直接删掉对应的inode节点，就可以起到删除文件的作用。

• 移动文件或者重命名文件，不改变inode号码，仅仅只是改变文件名。

• 通常来说，系统是无法通过inode号码得到文件名的，当打开一个文件，系统往后就通过inode来识别该文件，不再考虑文件名。
  

因为inode号码的存在，系统可以在软件不关闭的情况下进行更新。系统通过inode号码，识别运行中的文件，更新过程中，文件以相同的文件名，新的inode存在，而不会影响到目前运行中的文件。而原先旧版的inode会在软件下一次打开时被回收，文件名会自动指向新的inode号码。

inode空间占用问题

既然同样是存储在硬盘里的数据，inode必然也是会占用硬盘空间的，当格式化硬盘的时候，操作系统会自动将硬盘分成两个区域：

• 数据区

• inode table
  

数据区主要存放文件数据，inode table区域则是存放inode信息。

特别的是，inode所占用的区域大小，在磁盘格式化时操作系统就已经给定。这样做导致的后果就是，数据区的空间明明还没有使用完，但是却无法继续存取数据了，这时因为inode table区域已经用满了，所以无法再往磁盘里存储新的文件。

目录文件

我们知道，在Unix/Linux中，任何资源都是以文件的形式存在的。目录也是。我们打开目录，实际上就是打开目录文件。目录文件的结构就是一个列表。

目录项 = 所包含文件文件名 + 对应inode号码。

硬链接和软链接

关于具体什么是硬链接什么是软链接，我就不在这篇博文里赘述了，仅从inode角度去考虑。

从inode号码的角度考虑，Unix/Linux系统中，是允许多个文件名指向同一个inode号码的。这个时候，如果删除掉其中一个文件名，不影响另一个文件名的访问，同时，如果通过一个文件名打开文件并作出修改，其他文件名打开时可以共享到该修改。那么就称这种为“硬链接”。在Linux中，我们可以通过ln命令来创建硬链接。

上面总结到，在inode中，有一个存储项叫做“链接数”，记录只想该inode的文件名总数。如果通过硬链接方式创建一个文件名指向某文件，那该文件对应的inode数据域中链接数部分就会 + 1，反之 - 1 。当这个值为0时，系统就会默认没有文件名指向该inode，此时，就会回收该inode号码，并且回收对应的块区域。

而对应的软链接，假设有文件A和文件B，B是A的软链接。这个时候，A和B的inode号码是不同的，因为它们是不同的文件，但是！B的内容是A的路径，读取B的时候，系统会自动访问A，所以无论打开哪个文件，访问的都是文件A。这个时候，文件B就被称为文件A的“软链接”或者“符号链接”。

在Unix/Linux系统中，我们可以通过ln -s 命令来创建软链接。

总结和小补充

通过上面的叙述，我们知道inode就像C语言中的指针域，指针域记录着多种信息，并把我们导向正确的文件位置，读取需要的信息。(当然也不是完全像。)

Unix/Linux系统中创建目录时，会自动生成两个目录项：

• .目录

• ..目录
  

可以通过 ls -al 命令观察到这两个目录。“.目录“的inode号码是当前目录的inode号码，等同于当前目录的硬链接，而“..“目录的inode号码是当前目录父目录的inode号码，等同于父目录的硬链接。目录硬链接总数 = 2 + 子目录总数(包括隐藏文件)。

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