Linux之Inode详解

在Linux文件系统中，很多人对Inode都不太明白，今天我就和大家一起来分享一下我对Inode的认识，如果有理解错误的地方，请大家多多批评指点。
在上一篇一天一点学习Linux之认识文件系统中，在最后给出了一张EXT3文件系统结构图，里面已经涉及到了Inode的相关信息——图的左下角部分，今天，我们就专门对这一部分进行一下详解，希望通过今天的内容，能帮助大家更清楚的了解Inode。

先看看Inode的结构图

再来了解一下文件系统如何存取文件的

1、根据文件名，通过Directory里的对应关系，找到文件对应的Inode number
2、再根据Inode number读取到文件的Inode table
3、再根据Inode table中的Pointer读取到相应的Blocks

这里有一个重要的内容，就是Directory，他不是我们通常说的目录，而是一个列表，记录了一个文件/目录名称对应的Inode number。如下图

Directory:
A directory is a mapping between the human name for the file and the computer’s inode number.
所以说，这个Directory不是文件，我们可以看作是文件系统中的一个属性，只是用来关键文件名与Inode number。这个一定要理解好，否则后面关于硬链接的内容，就不容易理解了。

我在中讲到
第二栏表示的是有多少文件连接到inode
如果是一个文件，此时这一字段表示这个文件所具有的硬链接数， 
如果是一个目录，则此字段表示该目录所含子目录的个数。

现在是不是容易理解了？如果你还不是很明白，那么下面我们就再通过实例让大家明白。

我们以RHEL6系统为例

在根目录下创建一个test目录，我们进入此目录，进行操作。
[root@yufei test]# pwd
/test
[root@yufei test]# touch testfile
[root@yufei test]# mkdir testdir
创建实验文件和目录
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r–r–. 1 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
查看到文件与目录的Inode和inode count分别为
977 <—–> 2 <—–> testdir
976 <—–> 1 <—–> testfile
现在目录的链接数为2，文件的链接数为1。为什么会这样呢？其实很好理解。对于目录而言，每个目录里面肯定会有两个特殊目录，那就是.和..这两个目录，我们前面的课程中也讲到，.表示当前的目录，而..则是表示上层目录。我们也知道，在Linux系统中，是从根来开始查找的，要想找到某个目录，必需要先找到他的上层目录，所以说，空目录（严格的来说，不能叫空目录）是有两个链接到相应的Inode number的。作为文件很明显，他只有一个链接到相应的Inode number。也不用多说，

下面我们就来看看这个链接数是如何改变的。
继续上面的操作
[root@yufei test]# ln testfile testfile.hard
[root@yufei test]# ln -s testfile testfile.soft
对testfile建立一个硬链接和一个软链接
[root@yufei test]# ls -il
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r–r–. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r–r–. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
再查看文件和目录的属性，我们就发现：创建一个硬链接后，testfile的inode count增加了一个。而且testfile和testfile.hard这两个的Inode number是一样的。这个硬链接就是重新创建了一个文件名对应到原文件的Inode。实质就是在Directory中增加了一个新的对应关系。通过这个例子，你是不是更清楚了，这个Inode count的含义了。他就是指，一个Inode对应了多少个文件名。

下面我们再来看看硬链接的其他特点

[root@yufei ~]# watch -n 1 “df -i;df”
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:52:53 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
用上面的命令可以实时查看系统中所剩的block和inode的变化数量。
建议大家不要用deumpe2fs和tune2fs这两个命令，如果使用他们来查看的话，将会很郁闷——你会发现，你无论怎么创建文件或对文件写入内容，Inode和block的值都不会变，除非你每操作一次，重新启动一次系统，而用了上面的命令，就是第秒钟监视他们的变化情况。关于df的命令使用，大家可以自行查看帮助进行学习。当然还有du这个命令，他们都和文件系统有关。

我们再来创建一个硬链接
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r–r–. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r–r–. 2 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
[root@yufei test]# ln testfile testfile.hard1
[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 16:47 testfile.hard1
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
可以再观察一下Inode count和Inode number的对应关系。
下面再看看inodes和blocks的变化
[root@yufei ~]# watch -n 1 “df -i;df”
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:53:38 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
我们发现，inodes和blocks是没有减少的，所以说，硬链接是不会占用磁盘的空间的。
如果说删除硬链接的话，就会改变Inode count的数量。硬链接还有其他的两个特性：不能跨Filesystem也不能link目录。

下面再来看看这个软链接

[root@yufei test]# ls -il testfile.soft testfile
976 -rw-r–r–. 3 root root 0 Apr  5 21:50 testfile
978 lrwxrwxrwx. 1 root root 8 Apr  5 21:52 testfile.soft -> testfile
他的Inode number和原文件不一样。而且大小也发生了变化。可见，这个软链接是重新建立了一个文件，而文件是指向到原文件，而不是指向原Inode。当然他会占用掉 inode 与 block。当我们删除了源文件后，链接文件不能独立存在，虽然仍保留文件名，但我们却不能查看软链接文件的内容了。但软链接是可以跨文件系统，而且是可以链接目录。他就相当于windows系统下的快捷方式一样。通过这个特性，我们可以通过软链接解决某个分区inode conut不足的问题(软链接到另一个inode count足够多的分区)。

接下来，我们再来分析一下复制文件、移动文件和删除文件对inode的影响

[root@yufei ~]# watch -n 1 “df -i;df”
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 21:57:38 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105415  855577   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747612  11603116  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm

[root@yufei test]# ls -li
total 4
977 drwxr-xr-x. 2 root root 4096 Apr  5 16:48 testdir
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile.hard
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 18:54 testfile.hard1
978 lrwxrwxrwx. 1 root root    8 Apr  5 17:03 testfile.soft -> testfile
我们先记录以上的信息

先看复制文件的情况
[root@yufei test]# cp testfile testfile.cp
[root@yufei test]# ls -li
976 -rw-r–r–. 3 root root    0 Apr  5 21:50 testfile
979 -rw-r–r–. 1 root root    0 Apr  5 21:58 testfile.cp
我们只对比这两个文件，发现Inode number不一样，我们再来看看inodes和blocks的剩余情况
Every 1.0s: df -i;df                            Tue Apr  5 22:02:49 2011

Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda1             960992  105416  855576   11% /
tmpfs                  63946       1   63945    1% /dev/shm
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/sda1             15118728   2747620  11603108  20% /
tmpfs                   255784         0    255784   0% /dev/shm
发现inodes减少了一个，而blocks也少了，这就说明，复制文件是创建文件，并占Inode和Block的。
文件创建过程是：先查找一个空的Inode，写入新的Inode table，创建Directory，对应文件名，向block中写入文件内容

关于移动文件和删除文件的实验，大家可以自己动手来实践吧。我直接给出相应的说明。
移动文件，他分两种情况：
在同一个文件系统中移动文件时
创建一个新的文件名和Inode的对应关系（也就是在Directory中写入信息），然后在Directory中删除旧的信息，更新CTIME，其他的信息如Inode等等均无任何影响

在不同文件系统移动文件时
先查找一个空的Inode，写入新的Inode table，创建Directory中的对应关系，向block中写入文件内容，同时还会更改CTIME。

删除文件
他实质上就是减少link count，当link count为0时，就表示这个Inode可以使用，并把Block标记为可以写,但并没有清除Block里面数据，除非是有新的数据需要用到这个block。

最后我们来做个总结：

1、一个Inode对应一个文件，而一个文件根据其大小，会占用多块blocks。
2、更为准确的来说，一个文件只对应一个Inode。因为硬链接其实不是创建新文件，只是在Directory中写入了新的对应关系而已。
3、当我们删除文件的时候，只是把Inode标记为可用，文件在block中的内容是没有被清除的，只有在有新的文件需要占用block的时候，才会被覆盖。