526互联

struct inode

发布时间 2023-03-29 23:03:18作者: 流水灯

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，但不包含文件名。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。一个文件必须占用一个inode，至少占用一个block。

  • 元信息 → inode

  • 数据 → block

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: 2021-08-15 19:55:05.920240744 +0800
Modify: 2021-08-15 19:55:05.920240744 +0800
Change: 2021-08-15 19:55:05.920240744 +0800
 Birth: -

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。

下面以文件"file1"来举例如何通过文件名读取文件数据

 

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 inode 号码，也可以通过 stat 查看文件 inode 信息查看 inode 号码

[root@localhost ~]# ls -i
33574991 anaconda-ks.cfg  2086 test  33574994 test.txt

inode总数

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

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。

 

做个测试，

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       16385     8 16377    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       16385 16385     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

硬链接和软链接

硬链接

通过文件系统的inode引用数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信息中的引用数这时就会增加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中的引用数减1。

需要注意的是不能对目录做硬链接。

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链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。