Linux系統中的檔案元資料：inode詳解

inode是Linux系統中重要的資料結構，它用來儲存檔案的元數據，如檔案類型，大小，權限，時間戳，連結數，資料區塊位置等。 inode是檔案系統的核心組成部分，它可以用來實現檔案的創建，刪除，修改，尋找等操作。在本文中，我們將介紹inode的原理和特點，包括inode的編號，分配，釋放，查找，索引等，並舉例說明它們的使用方法和注意事項。

檔名 -> inode -> device block

#一、inode是什麼？

理解inode，要從文件儲存說起。

檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小儲存單位叫做」磁區」（Sector）。每個扇區儲存512位元組（相當於0.5KB）。

作業系統讀取硬碟的時候，不會一個個磁區地讀取，這樣效率太低，而是一次連續讀取多個磁區，也就是一次讀取一個」區塊」（block） 。這種由多個磁區組成的”區塊”，是檔案存取的最小單位。 「塊」的大小，最常見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。

文件資料都儲存在」區塊」中，那麼很顯然，我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，例如文件的創建者、文件的創建日期、文件的大小等等。這種儲存檔案元資訊的區域就叫做inode，中文譯名為」索引節點」。

二、inode的內容

inode包含檔案的元資訊，具體來說有以下內容：

* 檔案的位元組數

* 檔案擁有者的User ID

* 檔案的Group ID

* 檔案的讀取、寫入、執行權限

* 檔案的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指檔案內容上一次變動的時間，atime指檔案上一次開啟的時間。

* 連結數，即有多少檔名指向這個inode

* 檔案資料block的位置

可以用stat指令，查看某個檔案的inode資訊：

stat example.txt

總之，除了檔案名稱以外的所有檔案訊息，都存在著inode之中。至於為什麼沒有檔名，下文會有詳細解釋。

三、inode的大小

inode也會消耗硬碟空間，所以硬碟格式化的時候，作業系統會自動將硬碟分成兩個區域。一個是資料區，存放檔案資料；另一個是inode區（inode table），存放inode所包含的資訊。

每個inode節點的大小，一般是128位元組或256位元組。 inode節點的總數，在格式化時就給定，一般是每1KB或每2KB就設定一個inode。假設在一塊1GB的硬碟中，每個inode節點的大小為128字節，每1KB就設定一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，佔整塊硬碟的12.8%。

查看每個硬碟分割區的inode總數和已經使用的數量，可以使用df指令。

df -i

查看每個inode節點的大小，可以使用以下指令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep “Inode size”

由於每個檔案都必須有一個inode，因此有可能發生inode已經使用光，但是硬碟還未儲存的情況。這時，就無法在硬碟上建立新檔案。

四、inode號碼

#每個inode都有一個號碼，作業系統用inode號碼來辨識不同的檔案。

這裡值得重複一遍，Unix/Linux系統內部不使用檔名，而使用inode號碼來辨識檔案。對於系統來說，檔案名稱只是inode號碼便於辨識的別稱或綽號。表面上，使用者透過檔案名，開啟檔案。實際上，系統內部這個過程分成三步：首先，系統找到這個檔案名稱對應的inode號碼；其次，透過inode號碼，取得inode資訊；最後，根據inode訊息，找到檔案資料所在的block，讀出資料。

使用ls -i指令，可以看到檔名對應的inode號碼：

ls -i example.txt

五、目錄檔

#Unix/Linux系統中，目錄（directory）也是一種檔案。開啟目錄，實際上就是開啟目錄檔。

目錄檔案的結構非常簡單，就是一系列目錄項目（dirent）的清單。每個目錄項，由兩部分組成：所包含檔案的檔案名，以及該檔案名稱對應的inode號碼。

ls指令只列出目錄檔案中的所有檔案名稱：

ls /etc

ls -i指令列出整個目錄文件，即文件名稱和inode號碼：

ls -i /etc

如果要查看文件的詳細信息，就必須根據inode號碼，訪問inode節點，讀取信息。 ls -l指令列出檔案的詳細資訊。

ls -l /etc

六、硬連結

#一般情況下，檔案名稱和inode號碼是」一一對應」關係，每個inode號碼對應一個檔案名稱。但是，Unix/Linux系統允許，多個檔案名稱指向同一個inode號碼。這意味著，可以用不同的檔案名稱存取相同的內容；對檔案內容進行修改，會影響到所有檔案名稱；但是，刪除一個檔案名，不影響另一個檔案名稱的存取。這種情況就被稱為」硬連結」（hard link）。

ln指令可以建立硬連結：

ln 原始檔 目標檔

執行上面這條指令以後，原始檔與目標檔的inode號碼相同，都指向同一個inode。 inode資訊中有一項叫做”連結數”，記錄指向該inode的檔名總數，這時就會增加1。反過來，刪除一個檔名，就會使得inode節點中的”連結數」減1。當這個值減到0，表示沒有檔名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其對應block區域。

這裡順便說一下目錄檔案的」連結數」。建立目錄時，預設會產生兩個目錄項目：”.”和”..」。前者的inode號碼就是目前目錄的inode號碼，等同於目前目錄的」硬連結」；後者的inode號碼就是目前目錄的父目錄的inode號碼，等同於父目錄的」硬連結」。所以，任何一個目錄的”硬鏈接”總數，總是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）,這裡的2是父目錄對其的“硬鏈接”和當前目錄下的”.硬連結“。

七、軟連結

#除了硬連結以外，還有一種特殊情況。檔案A和檔案B的inode號碼雖然不一樣，但是檔案A的內容是檔案B的路徑。讀取檔案A時，系統會自動將訪客導向檔案B。因此，無論開啟哪一個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱為文件B的」軟體連結」（soft link）或」符號連結（symbolic link）。

這意味著，檔案A依賴檔案B而存在，如果刪除了檔案B，開啟檔案A就會報錯：」No such file or directory」。這是軟連結與硬連結最大的不同：檔案A指向檔案B的檔案名，而不是檔案B的inode號碼，檔案B的inode」連結數」不會因此而改變。

ln -s指令可以建立軟連結。

ln -s 來源文檔案或目錄 目標檔案或目錄

八、inode的特殊角色

由於inode號碼與檔案名稱分離，這種機制導致了一些Unix/Linux系統特有的現象。

1. 有時，檔案名稱包含特殊字符，無法正常刪除。這時，直接刪除inode節點，就能起到刪除檔案的作用。

2. 移動文件或重新命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼。

3. 開啟一個文件以後，系統就以inode號碼來辨識這個文件，不再考慮檔名。因此，通常來說，系統無法從inode號碼得知檔案名稱。

第3點使得軟體更新變得簡單，可以在不關閉軟體的情況下進行更新，不需要重新啟動。因為系統通過inode號碼，識別運行中的文件，不通過文件名。更新的時候，新版檔案以同樣的檔名，產生一個新的inode，不會影響到運行中的檔案。等到下次執行這個軟體的時候，文件名就會自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。

九 實際問題

在一台配置較低的Linux伺服器（記憶體、硬碟比較小）的/data分割區內建立檔案時，系統提示磁碟空間不足，用df -h指令查看了一下磁碟使用情況，發現/data分割區只使用了66%，還有12G的剩餘空間，照理說不會出現這種問題。後來用df -i查看了一下/data分區的索引節點(inode)，發現已經用滿(IUsed=100%)，導致系統無法建立新目錄和檔案。

找出原因：

/data/cache目錄中存在非常多的小字節快取文件，佔用的Block不多，但是佔用了大量的inode。

解決方案：
1.刪除/data/cache目錄中的部分文件，釋放出/data分割區的一部分inode。
2.用軟連線將空閒分區/opt中的newcache目錄連接到/data/cache，使用/opt分區的inode來緩解/data分區inode不足的問題：
ln -s /opt/newcache /data/cache

透過本文，我們了解了inode的原理和特點，它可以用來實現對文件的管理和操作。我們應該根據實際需求選擇合適的檔案系統，並遵循一些基本原則，例如避免inode耗盡，定期檢查inode狀態，使用硬連結或軟連結等。 inode是Linux系統中最基本的概念之一，它可以實現對檔案的抽象和封裝，也可以提升檔案系統的效能和可靠性。希望本文能對你有所幫助與啟發。

以上是Linux系統中的檔案元資料：inode詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！