inode

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inode是指在许多“类Unix文件系统”中的一种数据结构。每个inode保存了文件系统中的一个文件系统对象(包括文件目录设备文件socket管道, 等等)的元信息数据,但不包括数据内容或者文件名[1]

命名[编辑]

Unix先驱丹尼斯·里奇[2],inode这个命名的来源可能是文件系统的存储组织为一个扁平数组,分层目录資訊使用一个数作为文件系统这个扁平数组的索引值(index)。

细节[编辑]

文件系统创建(格式化)时,就把存储区域分为两大连续的存储区域。一个用来保存文件系统对象的元信息数据,这是由inode组成的表,每个inode默认是256字节或者128字节。另一个用来保存“文件系统对象”的内容数据,划分为512字节的扇区,以及由8个扇区组成的4K字节的块。块是读写时的基本单位。一个文件系统的inode的总数是固定的。这限制了该文件系统所能存储的文件系统对象的总数目。典型的实现下,所有inode占用了文件系统1%左右的存储容量。

文件系统中每个“文件系统对象”对应一个“inode”数据,并用一个整数值来辨识。这个整数常被称为inode号码(“i-number”或“inode number”)。由于文件系统的inode表的存储位置、总条目数量都是固定的,因此可以用inode号码去索引查找inode表。

Inode存储了文件系统对象的一些元信息,如所有者、访问权限(读、写、执行)、类型(是文件还是目录)、内容修改时间、inode修改时间、上次访问时间、对应的文件系统存储块的地址,等等。知道了1个文件的inode号码,就可以在inode元数据中查出文件内容数据的存储地址。

文件名与目录名是“文件系统对象”便于使用的别名。一个文件系统对象可以有多个别名,但只能有一个inode,并用这个inode来索引文件系统对象的存储位置。

  • inode不包含文件名或目录名的字符串,只包含文件或目录的“元信息”。
  • Unix的文件系统的目录也是一种文件。打开目录,实际上就是读取“目录文件”。目录文件的结构是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:所包含文件或目录的名字,以及该文件或目录名对应的inode号码。
  • 文件系统中的一个文件是指存放在其所属目录的“目录文件”中的一个目录项,其所对应的inode的类别为“文件”;文件系统中的一个目录是指存放在其“父目录文件”中的一个目录项,其所对应的inode的类别为“目录”。可见,多个“文件”可以对应同一个inode;多个“目录”可以对应同一个inode。
  • 文件系统中如果两个文件或者两个目录具有相同的inode号码,那么就称它们是“硬链接”关系。实际上都是这个inode的别名。换句话说,一个inode对应的所有文件(或目录)中的每一个,都对应着文件系统某个“目录文件”中唯一的一个目录项。
  • 创建一个目录时,实际做了3件事:在其“父目录文件”中增加一个条目;分配一个inode;再分配一个存储块,用来保存当前被创建目录包含的文件与子目录。被创建的“目录文件”中自动生成两个子目录的条目,名称分别是:“.”和“..”。前者与该目录具有相同的inode号码,因此是该目录的一个“硬链接”。后者的inode号码就是该目录的父目录的inode号码。所以,任何一个目录的"硬链接"总数,总是等于它的子目录总数(含隐藏目录)加2。即每个“子目录文件”中的“..”条目,加上它自身的“目录文件”中的“.”条目,再加上“父目录文件”中的对应该目录的条目。
  • 通过文件名打开文件,实际上是分成三步实现:首先,操作系统找到这个文件名对应的inode号码;其次,通过inode号码,获取inode信息;最后,根据inode信息,找到文件数据所在的block,读出数据。

Linux系统使用struct inode作为数据结构名称。BSD派生的系统,使用vnode名称,其中v表示“virtual file system”。

POSIX inode[编辑]

POSIX标准强制规范了文件系统的行为。每个“文件系统对象”必须具有:

  • 字节为单位表示的文件大小。
  • 设备ID,标识容纳该文件的设备。
  • 文件所有者的User ID。
  • 文件的Group ID
  • 文件的模式(mode),确定了文件的类型,以及它的所有者、它的group、其它用户访问此文件的权限。
  • 额外的系统与用户标志(flag),用来保护该文件。
  • 3个时间戳,记录了inode自身被修改(ctime, inode change time)、文件内容被修改(mtime, modification time)、最后一次访问(atime, access time)的时间。
  • 1个链接数,表示有多少个硬链接指向此inode。
  • 文件系统存储位置的指针。通常是1K字节或者2K字节的存储容量为基本单位。

使用stat系统调用可以查询一个文件的inode号码及一些元信息。

推论[编辑]

  • 一个文件系统对象可以有多个名字,这些具有硬链接关系的文件系统对象名字具有相同的inode号码,彼此是平等的。即首个被创建的文件并没有特殊的地位。这与符号链接不同。一个符号链接文件有自己的inode,符号链接文件的内容是它所指向的文件的名字。因此删除符号链接所指向的文件,将导致这个符号链接文件在访问时报错。
  • 删除一个文件或目录,实际上是把它的inode的链接数减1。这并不影响指向此inode的别的硬链接。
  • 一个inode如果没有硬链接,此时inode的链接数为0,文件系统将回收该inode所指向的存储块,并回收该inode自身。
  • 从一个inode,通常是无法确定是用哪个文件名查到此inode号码的。打开一个文件后,操作系统实际上就抛掉了文件名,只保留了inode号码来访问文件的内容。库函数getcwd()用来查询当前工作目录的绝对路径名。其实现是从当前工作目录的inode逐级查找其上级目录的inode,最后拼出整个绝对路径的名字。
  • 历史上,对目录的硬链接是可能的。这可以使目录结构成为一个有向图,而不是通常的目录树的有向无环图。一个目录甚至可以是自身的父目录。现代文件系统一般禁止这些混淆状态,只有根目录保持了特例:根目录是自身的父目录。ls /..就是根目录的内容。
  • 一个文件或目录在文件系统内部移动时,其inode号码不变。文件系统碎片整理可能会改变一个文件的物理存储位置,但其inode号码不变。非UNIX的FAT及其衍生的文件系统是无法实现inode不变这一特点。
  • inode文件系统中安装新库十分容易。当一些进程正在使用一个库时,其它进程可以替换该库文件名字的inode号码指向新创建的inode,随后对该库的访问都被自动引导到新inode所指向的新的库文件的内容。这减少了替换库时重启系统的需要。而老的inode的链接数已经为0,在使用老库的进程结束后,老的inode与老库文件会被系统自动回收。
  • stat查询、显示一个文件名所对应的inode的元信息数据。
  • 查看文件系统的inode总数和已经使用的数量,可以使用df -i
  • 查看inode自身占用字节数量,可以用sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

实际考虑[编辑]

系统管理员使用的很多程序往往用inode号码来替代文件名来访问文件系统。例如磁盘完整性检查程序fsckpfiles。因此,inode号码与文件全路径名的互查是需要的。可以用find带参数选项-inumls带参数选项(-i做到。

文件系统可能会用尽inode。这导致文件系统还有空闲的存储空间,但已经没有空闲的inode可供使用了。例如,一个电子邮件服务器可能会被大量的小文件用尽所有inode,但是却没有填满文件存储空间。

现代的文件系统如JFS和XFS能够动态地增加inode,因此不会用尽inode。

参考文献[编辑]

  1. ^ Inode Definition. The Linux Information Project. September 15, 2006 [2010-01-12]. 
  2. ^ Linux Kernel list archive. Retrieved on 2011-01-12.

外部链接[编辑]