Linux 文件与目录

笔者在前文《Linux EXT2 文件系统中》中介绍了 EXT2 文件系统中的基本概念，本文继续以 EXT2 文件系统为例介绍文件系统是如何管理文件存储的。

inode

在前文介绍文件系统时我们提到了 inode 和 data block。在 EXT2 文件系统中，inode 用来存放文件的元信息，data block 用来存放文件的内容。inode 包含的文件元信息有：

• 该文件的读写权限(rwx)
• 该文件的拥有者和所属组(owner/group)
• 该文件的大小
• 该文件的 ctime(创建时间)
• 该文件的 atime(最近一次的读取时间)
• 该文件的 mtime(最近修改的时间)
• 该文件的特殊标识，比如 SetUID 等
• 该文件真正内容的指向(文件 data block 的位置)

总之，除了文件名之外的所有文件信息都存在 inode 中。我们可以使用 stat 命令来查看文件的 inode 信息：

$ stat test.txt

inode 的大小
inode 本身是会消耗磁盘空间的，我们可以通过下面的方式查看 inode 的大小：

$ sudo dumpe2fs -h /dev/sdd1 | grep "Inode size"

在笔者的机器上，输出的结果如下：

dumpe2fs 1.42.13 (17-May-2015)
Inode size:              256

也就是说一个 inode 占用 256 个字节的磁盘空间。

inode 耗尽问题
因为每个文件需要占用一个 inode，所以生产中会碰到 inode 耗尽导致无法创建新文件的问题。我们可以通过 df 命令 的 -i 选项查看文件系统中 inode 的使用情况：

$ df -i

文件

每个文件都会占用一个 inode，inode 内则有文件数据放置的 block 号码。当我们在 Linux 下的 ext2 文件系统中创建一个一般文件时，ext2 文件系统会分配一个 inode 与相对于该文件大小的 data block(一个或多个) 给该文件。inode 记录该文件的权限与属性，并记录分配到的 data block 号码。例如：假设一个 data block 的大小为 4 KBytes，而要创建一个 100 Kbytes 的文件，linux 就会分配一个 inode 与 25 个data block 来储存该文件！
单个文件，inode 和 data block 的示意图(可以简单的理解为下图的样子)：

这种数据存取的方法我们称为索引式文件系统(indexed allocation)。

虽然从实现的层面上来看，可以直接从 inode 找到其对应的 data block，但是我们却不能通过 inode 直接访问文件，因为这会破坏通过权限进行的访问控制。例如，如果没有遍历目录的权限，那么无论文件上的权限是什么，都不能访问该目录中的任何文件。如果可以通过inode访问文件，就可以绕过目录权限。

目录

注意，inode 本身并不记录文件名，文件名的记录是在目录的 data block 当中。
目录本质上也是一个文件，所以当我们在 ext2 文件系统中创建一个目录时，文件系统会分配一个 inode 和至少一块 data block 给这个目录。其中，inode 记录该目录相关的权限与属性，并记录分配到的 data block 号码。而 data block 中则记录着在这个目录下的文件名(目录也是文件)与该文件名的 inode 号码。也就是说目录所占用的 data block 的内容记录着类似下面的信息：

目录项
文件名及其对应的 inode 被称为目录项。其实，目录项是内存中的数据结构，所以实际情况是文件名对应的是指向 inode 的指针。我们可以通过下面的示意图来理解 inode、目录、文件以及目录项之间的关系：

从磁盘读取一个文件的过程

由于目录树是由根目录开始读起，因此通过文件系统的挂载信息可以找到挂载点的 inode 号，此时就能够得到根目录的 inode 内容，并通过这个 inode 读取根目录的 data block 中的文件名称，再一层一层的往下查找，直到读到正确的文件名。下面让我们通过读取 /etc/passwd 文件来理解文件的读取过程。

上面的 ls 命令使用 i 选项输出了 /、 /etc、 /etc/passwd 的 inode 分别为 2、4325377、4329700。
我们通过当前用户 nick 读取 /etc/passwd 文件的内容，其过程如下：

1. / 的 inode 号为 2，权限信息允许我们读取 data block 中的内容(有 r 与 x)
2. / 的 data block 中记录的 etc/ 目录的 inode 号为 4325377
3. etc/ 的 inode 中权限信息包含 rx，因此用户 nick 可以读取 etc/ data block 的内容
4. etc/ 的 data block 中记录的 passwd 文件的 inode 号为 4329700
5. 文件 passwd 的 inode 中权限信息包含 r，因此用户 nick 可以读取 passwd data block 的内容
6. passwd 的 data block 中的内容被读取出来

参考：
鸟哥的私房菜
理解inode
Linux inode 详解
关于 inode
目录项对象