Linux inode详解

1、inode和block概述

block：操作系统在读取硬盘的时候，会一次性读取一“块”（block），这种块是文件存取的最小的单位，block的大小常见的是4KB,即八个扇区构成。（硬盘的最小存储单位叫做扇区，每个扇区存储512字节，而连续的8个扇区组成了一个块）
inode：文件储存在block中，还必须找到一个储存文件的元信息，比如文件的创建者、创建日期、文件大小等等。这种储存文件元信息的区域就是inode。

2、inode由哪些信息组成

inode包含文件的属性信息有以下内容：

• 文件的字节数
• 文件拥有者的id
• 文件所属组id
• 文件的读写执行权限
• 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动时间，atime指文件上一次打开时间。
• 链接数，既有多少个文件指向这个inode。
• 文件数据块的位置。

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘划分为两个区域。一个是数据区，存放文件数据，另一个是inode区（inode table）,存放inode所包含的信息。

每一个文件都有一个inode，每个inode都有一个号码inode_num，操作系统用inode号码来识别不同的文件。

3、Linux打开文件原理

​linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件，对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称，在我们的操作系统中表面上是通过文件名打开文件的，实际上分为以下三步：

1. 查找文件名对应的inode号
2. 通过inode号获取inode信息
3. 根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据

4、inode相关命令实操

下面我们为了更详细了解inode号，对其进行一系列实际操作。

首先我们在/opt/inode_test下创建一个abc目录和aaa.txt文件然后用“ls -l”命令查看并对比他们之间的节点数。

查看节点号我们可以使用的有两个命令分别是“ls -i” 和“stat 要查看的文件”，前者只能单独查看文件的节点号，而后者在除了查看节点号外还可以查看文件的其他的一些详细信息。

给一个文件创建一个硬链接后，二者在目录中分别属于两个文件，但是共享同一个节点号的。（硬链接详细介绍见：Linux 软链接和硬链接）

这里我们还有两条命令是可以查看文件类型的分别是“file 文件”和“ls -l”。前者可以直白的显示出文件的类型，后者则可以通过权限前面的符号来分别该文件是目录还是文档，当然除了这两种还有一种比较常见的，那就是根据文件显示的颜色来分辨。

前面讲了如何查看文件的节点号，这里我们在讲一下磁盘的节点数目。此时磁盘sdb1共有一千多万节点，而且只使用了三个。

接下来我们进入目录abc并在其中创建十万个空文档。

一个文档占据的就是一个节点，所以此时我们sdb1就已经使用了十万个节点了，占据总结点数百分之一，但内存只占据了80M,与节点数并不成正比，所以这也是我们实际情况中能见到的一种方式，使用空文档占满别人磁盘的节点，虽然磁盘空间还剩余很多但却已经写不进东西了。

5、硬盘空间大小和inode数量关系

df -i 可以看到总量、可用、已用inode数量，一般来讲，mkfs的时候，会划分 x% 的空间存放inode的，可用inode数量是按照文件个数计算的，不是按照占用空间计算的，如：

500GB的磁盘，格式化为xfs后，可以使用的inode数量约 2.6亿； 那么1GB的磁盘格式化为xfs后，可用inode数量为 2.6亿/500 ~= 50万吗？测试如下：

确实，1GB默认可以存放约52万个文件，注意： 目录也是占用inode的，而且也不可能把所有文件都放在一个目录的，所以真正计算inode的话，还需要把目录的数量算上。

另外，xfs是个比较智能的文件系统，没有固定大小的inode区域，随着磁盘的使用，inode的总数量也在变化，基本不会出现inode已用光，但是存储空间很空闲很多的情况。

6、节点inode 使用率

每个文件都必须有一个 inode，用于储存文件的元信息，比如文件的创建者、创建日期，inode 也会消耗硬盘空间，大量的 cache 小文件也容易导致 inode 资源被使用耗尽。并且，有可能发生 inode 已经用光，但是硬盘还未存满的情况，此时就无法在硬盘上创建新文件。

而 inode 使用率的监控恰好就可以预先发现上述提到的这类情况，帮助用户知道集群 inode 的使用情况，防止因 inode 耗尽使得集群无法正常工作，提示用户及时清理临时文件。

7、总结

linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件，对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称，在我们的操作系统中表面上是通过文件名打开文件的，实际上分为以下三步：

1. 查找文件名对应的inode号
2. 通过inode号获取inode信息
3. 根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据

另外，目前使用大部分操作系统都是使用xfs文件系统，xfs比较智能，没有固定大小的inode区域，随着磁盘的使用，inode的总数量也在变化，基本不会出现inode已用光，但是存储空间很空闲很多的情况。

参考：https://www.likecs.com/show-204143370.html

参考：https://blog.csdn.net/m0_71518373/article/details/125798445

参考：https://phpor.net/blog/post/7379

参考：Linux 软链接和硬链接