Linux inode 详解

操作系统的文件数据除了实际内容之外,通常含有非常多的属性,例如Linux操作系统的文件权限与文件属性。文件系统通常会将这两部分内容分别存放在inode和block中。
inode 和 block 概述#

文件是存储在硬盘上的,硬盘的最小存储单位叫做扇区sector,每个扇区存储512字节。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。

文件数据存储在块中,那么还必须找到一个地方存储文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种存储文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为索引节点,也叫i节点。因此,一个文件必须占用一个inode,但至少占用一个block。

元信息 → inode
数据 → block

inode 内容#

inode包含很多的文件元信息,但不包含文件名,例如:字节数、属主UserID、属组GroupID、读写执行权限、时间戳等。

而文件名存放在目录当中,但Linux系统内部不使用文件名,而是使用inode号码识别文件。对于系统来说文件名只是inode号码便于识别的别称。
stat#

查看inode信息

[root@localhost ~]

# mkdir test

[root@localhost ~]

# echo “this is test file” > test.txt

[root@localhost ~]

# stat test.txt
File: ‘test.txt’
Size: 18 Blocks: 8 IO Block: 4096 regular file
Device: fd00h/64768d Inode: 33574994 Links: 1
Access: (0644/-rw-r–r–) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)
Context: unconfined_u:object_r:admin_home_t:s0
Access: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Modify: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Change: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Birth: –

三个主要的时间属性:

ctime:change time是最后一次改变文件或目录(属性)的时间,例如执行chmod,chown等命令。
atime:access time是最后一次访问文件或目录的时间。
mtime:modify time是最后一次修改文件或目录(内容)的时间。
file#

查看文件类型

[root@localhost ~]

# file test
test: directory

[root@localhost ~]

# file test.txt
test.txt: ASCII text

inode 号码#

表面上,用户通过文件名打开文件,实际上,系统内部将这个过程分为三步:

1.系统找到这个文件名对应的inode号码;
2.通过inode号码,获取inode信息;
3.根据inode信息,找到文件数据所在的block,并读出数据。

其实系统还要根据inode信息,看用户是否具有访问的权限,有就指向对应的数据block,没有就返回权限拒绝。
ls -i#

直接查看文件i节点号,也可以通过stat查看文件inode信息查看i节点号。

[root@localhost ~]

# ls -i
33574991 anaconda-ks.cfg 2086 test 33574994 test.txt

inode 大小#

inode也会消耗硬盘空间,所以格式化的时候,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,存放inode所包含的信息。每个inode的大小,一般是128字节或256字节。通常情况下不需要关注单个inode的大小,而是需要重点关注inode总数。inode总数在格式化的时候就确定了。
df -i#

查看硬盘分区的inode总数和已使用情况

[root@localhost ~]

# df -i
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/mapper/CentOS-root 8910848 26029 8884819 1% /
devtmpfs 230602 384 230218 1% /dev
tmpfs 233378 1 233377 1% /dev/shm
tmpfs 233378 487 232891 1% /run
tmpfs 233378 16 233362 1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 524288 328 523960 1% /boot
tmpfs 233378 1 233377 1% /run/user/0

特有现象#

由于inode号码与文件名分离,导致一些Unix/Linux系统具备以下几种特有的现象。

1.文件名包含特殊字符,可能无法正常删除。这时直接删除inode,能够起到删除文件的作用;

find ./* -inum 节点号 -delete

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。

这种情况使得软件更新变得简单,可以在不关闭软件的情况下进行更新,不需要重启。因为系统通过inode号码,识别运行中的文件,不通过文件名。更新的时候,新版文件以同样的文件名,生成一个新的inode,不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候,文件名就自动指向新版文件,旧版文件的inode则被回收。
inode 耗尽故障#

由于硬盘分区的inode总数在格式化后就已经固定,而每个文件必须有一个inode,因此就有可能发生inode节点用光,但硬盘空间还剩不少,却无法创建新文件。同时这也是一种攻击的方式,所以一些公用的文件系统就要做磁盘限额,以防止影响到系统的正常运行。

至于修复,很简单,只要找出哪些大量占用i节点的文件删除就可以了。

demo:

1.先准备一个比较小的硬盘分区/dev/sdb1,并格式化挂载,这里挂载到了/data目录下。

[root@localhost ~]

# df -hT /data/
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1 xfs 29M 1.8M 27M 6% /data

2.先测试可以正常创建文件。

[root@localhost ~]

# touch /data/test{1..5}.txt

[root@localhost ~]

# ls /data/
test1.txt test2.txt test3.txt test4.txt test5.txt

3.查看i节点的使用情况。

[root@localhost ~]

# df -i /data/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1 16384 8 16376 1% /data

4.编写一个测试程序,创建大量空文件,用于耗尽此分区中的i节点数。

[root@localhost ~]

# vim killinode.sh

!/bin/bash

i=1
while [ $i -le 16376 ]
do
touch /data/file$i
let i++
done

5.运行测试程序,结束后查看i节点占用情况,磁盘分区空间使用情况。

[root@localhost ~]

# sh killinode.sh

[root@localhost ~]

# df -i /data/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1 16384 16384 0 100% /data

[root@localhost ~]

# df -hT /data/
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1 xfs 29M 11M 19M 36% /data

6.虽然还有很多剩余空间,但是i节点耗尽了,也无法创建创建新文件,这就是i节点耗尽故障。

[root@localhost ~]

# touch /data/newfile.txt
touch: cannot touch ‘/data/newfile.txt’: No space left on device

硬链接与软链接#
硬链接#

通过文件系统的inode链接来产生的新的文件名,而不是产生新的文件,称为硬链接。

一般情况下,每个inode号码对应一个文件名,但是Linux允许多个文件名指向同一个inode号码。意味着可以使用不同的文件名访问相同的内容。

ln 源文件 目标

运行该命令以后,源文件与目标文件的inode号码相同,都指向同一个inode。inode信息中的链接数这时就会增加1。

当一个文件拥有多个硬链接时,对文件内容修改,会影响到所有文件名;但是删除一个文件名,不影响另一个文件名的访问。删除一个文件名,只会使得inode中的链接数减1。

需要注意的是不能对目录做硬链接。

通过mkdir命令创建一个新目录,其硬链接数应该有2个,因为常见的目录本身为1个硬链接,而目录下面的隐藏目录.(点号)是该目录的又一个硬链接,也算是1个连接数。
软链接#

类似于Windows的快捷方式功能的文件,可以快速连接到目标文件或目录,称为软链接。

ln -s 源文件或目录 目标文件或目录

软链接就是再创建一个独立的文件,而这个文件会让数据的读取指向它连接的那个文件的文件名。例如,文件A和文件B的inode号码虽然不一样,但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时,系统会自动将访问者导向文件B。这时,文件A就称为文件B的软链接soft link或者符号链接symbolic link。

这意味着,文件A依赖于文件B而存在,如果删除了文件B,打开文件A就会报错。这是软链接与硬链接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode号码,文件B的inode链接数不会因此发生变化。

文章来源:www.rakbuluo.com/p88

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