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操作系統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)除了實(shí)際內(nèi)容之外，通常含有非常多的屬性，例如Linux操作系統(tǒng)的文件權(quán)限與文件屬性。文件系統(tǒng)通常會將這兩部分內(nèi)容分別存放在inode和block中。

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inode 和 block 概述

文件是存儲在硬盤上的，硬盤的最小存儲單位叫做扇區(qū)sector，每個(gè)扇區(qū)存儲512字節(jié)。操作系統(tǒng)讀取硬盤的時(shí)候，不會一個(gè)個(gè)扇區(qū)地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續(xù)讀取多個(gè)扇區(qū)，即一次性讀取一個(gè)塊block。這種由多個(gè)扇區(qū)組成的塊，是文件存取的最小單位。塊的大小，最常見的是4KB，即連續(xù)八個(gè)sector組成一個(gè)block。

文件數(shù)據(jù)存儲在塊中，那么還必須找到一個(gè)地方存儲文件的元信息，比如文件的創(chuàng)建者、文件的創(chuàng)建日期、文件的大小等等。這種存儲文件元信息的區(qū)域就叫做inode，中文譯名為索引節(jié)點(diǎn)，也叫i節(jié)點(diǎn)。因此，一個(gè)文件必須占用一個(gè)inode，但至少占用一個(gè)block。

• 元信息 →?inode
• 數(shù)據(jù) →?block

inode 內(nèi)容

inode包含很多的文件元信息，但不包含文件名，例如：字節(jié)數(shù)、屬主UserID、屬組GroupID、讀寫執(zhí)行權(quán)限、時(shí)間戳等。

而文件名存放在目錄當(dāng)中，但Linux系統(tǒng)內(nèi)部不使用文件名，而是使用inode號碼識別文件。對于系統(tǒng)來說文件名只是inode號碼便于識別的別稱。

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: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Modify: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
Change: 2019-08-28 19:55:05.920240744 +0800
 Birth: -

三個(gè)主要的時(shí)間屬性：

ctime：change time是最后一次改變文件或目錄（屬性）的時(shí)間，例如執(zhí)行chmod，chown等命令。

atime：access time是最后一次訪問文件或目錄的時(shí)間。

mtime：modify time是最后一次修改文件或目錄（內(nèi)容）的時(shí)間。

file

查看文件類型

[root@localhost ~]# file test
test: directory
[root@localhost ~]# file test.txt
test.txt: ASCII text

inode 號碼

表面上，用戶通過文件名打開文件，實(shí)際上，系統(tǒng)內(nèi)部將這個(gè)過程分為三步：

1. 系統(tǒng)找到這個(gè)文件名對應(yīng)的inode號碼；
2. 通過inode號碼，獲取inode信息；
3. 根據(jù)inode信息，找到文件數(shù)據(jù)所在的block，并讀出數(shù)據(jù)。

其實(shí)系統(tǒng)還要根據(jù)inode信息，看用戶是否具有訪問的權(quán)限，有就指向?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)block，沒有就返回權(quán)限拒絕。

ls -i

直接查看文件i節(jié)點(diǎn)號，也可以通過stat查看文件inode信息查看i節(jié)點(diǎn)號。

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

inode 大小

inode也會消耗硬盤空間，所以格式化的時(shí)候，操作系統(tǒng)自動將硬盤分成兩個(gè)區(qū)域。一個(gè)是數(shù)據(jù)區(qū)，存放文件數(shù)據(jù)；另一個(gè)是inode區(qū)，存放inode所包含的信息。每個(gè)inode的大小，一般是128字節(jié)或256字節(jié)。通常情況下不需要關(guān)注單個(gè)inode的大小，而是需要重點(diǎn)關(guān)注inode總數(shù)。inode總數(shù)在格式化的時(shí)候就確定了。

df -i

查看硬盤分區(qū)的inode總數(shù)和已使用情況

[root@localhost ~]# df -i
Filesystem               Inodes IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/mapper/centos-root 8910848 26029 8884819    1% /
devtmpfs                 230602   384  230218    1% /dev
tmpfs                    233378     1  233377    1% /dev/shm
tmpfs                    233378   487  232891    1% /run
tmpfs                    233378    16  233362    1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1                524288   328  523960    1% /boot
tmpfs                    233378     1  233377    1% /run/user/0

特有現(xiàn)象

由于inode號碼與文件名分離，導(dǎo)致一些Unix/Linux系統(tǒng)具備以下幾種特有的現(xiàn)象。

1.文件名包含特殊字符，可能無法正常刪除。這時(shí)直接刪除inode，能夠起到刪除文件的作用；

find ./* -inum 節(jié)點(diǎn)號 -delete

2.移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼；

3.打開一個(gè)文件以后，系統(tǒng)就以inode號碼來識別這個(gè)文件，不再考慮文件名。

這種情況使得軟件更新變得簡單，可以在不關(guān)閉軟件的情況下進(jìn)行更新，不需要重啟。因?yàn)橄到y(tǒng)通過inode號碼，識別運(yùn)行中的文件，不通過文件名。更新的時(shí)候，新版文件以同樣的文件名，生成一個(gè)新的inode，不會影響到運(yùn)行中的文件。等到下一次運(yùn)行這個(gè)軟件的時(shí)候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。

inode 耗盡故障

由于硬盤分區(qū)的inode總數(shù)在格式化后就已經(jīng)固定，而每個(gè)文件必須有一個(gè)inode，因此就有可能發(fā)生inode節(jié)點(diǎn)用光，但硬盤空間還剩不少，卻無法創(chuàng)建新文件。同時(shí)這也是一種攻擊的方式，所以一些公用的文件系統(tǒng)就要做磁盤限額，以防止影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

至于修復(fù)，很簡單，只要找出哪些大量占用i節(jié)點(diǎn)的文件刪除就可以了。

demo:

1.先準(zhǔn)備一個(gè)比較小的硬盤分區(qū)/dev/sdb1，并格式化掛載，這里掛載到了/data目錄下。

[root@localhost ~]# df -hT /data/
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdb1      xfs    29M  1.8M   27M   6% /data

2.先測試可以正常創(chuàng)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節(jié)點(diǎn)的使用情況。

[root@localhost ~]# df -i /data/
Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1       16384     8 16376    1% /data

4.編寫一個(gè)測試程序，創(chuàng)建大量空文件，用于耗盡此分區(qū)中的i節(jié)點(diǎn)數(shù)。

[root@localhost ~]# vim killinode.sh
#!/bin/bash
i=1
while [ $i -le 16376 ]
do
touch /data/file$i
let i++
done

5.運(yùn)行測試程序，結(jié)束后查看i節(jié)點(diǎn)占用情況，磁盤分區(qū)空間使用情況。

[root@localhost ~]# sh killinode.sh
[root@localhost ~]# df -i /data/
Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1       16384 16384     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.雖然還有很多剩余空間，但是i節(jié)點(diǎn)耗盡了，也無法創(chuàng)建創(chuàng)建新文件，這就是i節(jié)點(diǎn)耗盡故障。

[root@localhost ~]# touch /data/newfile.txt
touch: cannot touch ‘/data/newfile.txt’: No space left on device

硬鏈接與軟鏈接

硬鏈接

通過文件系統(tǒng)的inode鏈接來產(chǎn)生的新的文件名，而不是產(chǎn)生新的文件，稱為硬鏈接。

一般情況下，每個(gè)inode號碼對應(yīng)一個(gè)文件名，但是Linux允許多個(gè)文件名指向同一個(gè)inode號碼。意味著可以使用不同的文件名訪問相同的內(nèi)容。

ln 源文件 目標(biāo)

運(yùn)行該命令以后，源文件與目標(biāo)文件的inode號碼相同，都指向同一個(gè)inode。inode信息中的鏈接數(shù)這時(shí)就會增加1。

當(dāng)一個(gè)文件擁有多個(gè)硬鏈接時(shí)，對文件內(nèi)容修改，會影響到所有文件名；但是刪除一個(gè)文件名，不影響另一個(gè)文件名的訪問。刪除一個(gè)文件名，只會使得inode中的鏈接數(shù)減1。

需要注意的是不能對目錄做硬鏈接。

通過mkdir命令創(chuàng)建一個(gè)新目錄，其硬鏈接數(shù)應(yīng)該有2個(gè)，因?yàn)槌Ｒ姷哪夸洷旧頌?code>1個(gè)硬鏈接，而目錄下面的隱藏目錄.（點(diǎn)號）是該目錄的又一個(gè)硬鏈接，也算是1個(gè)連接數(shù)。

軟鏈接

類似于Windows的快捷方式功能的文件，可以快速連接到目標(biāo)文件或目錄，稱為軟鏈接。

ln -s 源文件或目錄 目標(biāo)文件或目錄

軟鏈接就是再創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的文件，而這個(gè)文件會讓數(shù)據(jù)的讀取指向它連接的那個(gè)文件的文件名。例如，文件A和文件B的inode號碼雖然不一樣，但是文件A的內(nèi)容是文件B的路徑。讀取文件A時(shí)，系統(tǒng)會自動將訪問者導(dǎo)向文件B。這時(shí)，文件A就稱為文件B的軟鏈接soft link或者符號鏈接symbolic link。

這意味著，文件A依賴于文件B而存在，如果刪除了文件B，打開文件A就會報(bào)錯(cuò)。這是軟鏈接與硬鏈接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode號碼，文件B的inode鏈接數(shù)不會因此發(fā)生變化。