1 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
2 inode 内容
inode
包含很多的文件元信息,但不包含文件名。例如保存有:文件大小,设备标识符,用户标识符,用户组标识符,文件模式,扩展属性,文件读取或修改的时间戳,链接数量,指向存储该内容的磁盘区块的指针,文件分类等等。
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。
2.1 stat
- 查看
inode
信息
向 test.txt文件中追加内容,查看文件信息,Modify、Change 已经改变
三个主要的时间属性:
atime
:access time
是最后一次访问文件或目录的时间。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。mtime
:modify time
是最后一次修改文件或目录(内容)的时间。
2.2 file
- 查看文件类型
2.3 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。
- 使用 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
。
2.4 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。
- 使用 df -i 查看硬盘分区的
inode总数
和已使用
情况
2.5 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。
2.6 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
3 硬链接与软链接
3.1 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。
3.2 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。