Linux文件系统存储结构-inode

前言

为了更深入了解GFS架构，对linux文件系统进行分析学习。

一、文件存储单位

文件存储在计算机硬盘上，硬盘上最小的存储单位是扇区（Sector），大小为512Byte。操作系统从硬盘读取数据时，以块（block）为单位读取，一个块一般为4KB，即一次性连续读取8个扇区。
注：块在内存中叫做分页（page)，4KB。

二、inode

1、为什么需要inode

文件内容以块为单位存储在硬盘上，如果用户想要读取某个文件，需要知道该文件被分成了多少块以及每一块的存储位置。用户不可能每次读取一个文件都要记录这些琐碎的信息，所以需要有一个保存这些信息的节点，用户只需要提供文件名，就可以帮助用户找到文件的内容，这就是inode，也叫做索引节点。除block的信息外，inode还存储了文件的创建者、修改时间、大小等等元信息。

2、inode保存了什么信息

inode保存的是一个结构体，结构体内容如下图所示。
从网上找了一张图片可以看到一个名为mypwd.c的文件的inode保存的内容
注：stat命令用于显示文件的状态信息，输出信息比ls命令输出详细些。

File:文件名 ，Size：文件大小 ，Blocks：文件使用的数据块总数，IO Block：IO块大小（4KB），regular file：文件类型（常规文件），Device：设备编号，Inode：inode编号，Links：链接数，有多少文件名指向这个inode，Access：文件的读写执行权限，Uid：文件所有者的User ID，Gid：文件的Group ID，Access time：文件上一次打开的时间，Modify time：文件内容上一次修改的时间，Change time：inode内容上一次修改的时间，即对文件属性（元信息）修改的时间，Birth time：文件创建时间，crtime，此属性linux已废弃，目前状态显示结果均为-。
inode编号：inode区是以数组的形式存储的，数组下标就是inode编号，对应元素就是该inode的结构体（内容如上图所示）。

3、inode区和block区

硬盘格式化时，操作系统将硬盘分为两个区域。一个是数据区（block区），存放的是文件数据；一个是inode区（inode table），存放的是inode所包含的信息。上文说过，inode区是一个数组，下标为inode编码，元素为对应的inode结构体，inode的结构体中有一个指针，指向存放的文件内容。

既然在inode区每一个inode节点是一个固定格式的结构体，那其大小固定，在操作系统将硬盘分区时，inode区的大小确定，则每块硬盘的inode总数就是固定的。
可以通过df -i指令查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量。

4、inode编号

系统在查找一个文件时，步骤如下：
（1）通过文件名找到文件的inode编号
（2）通过inode编号找到文件inode信息
（3）通过inode信息中的block指针找到文件内容
通过ls -i指令查看文件的inode编号

三、硬链接和软链接

1、硬链接
一般文件名和inode编号是一一对应的，但是Unix/Linux系统允许多个文件名指向同一个inode编号，即不同的文件名可以访问同样的内容，不同文件名对文件内容的修改，也会影响其他文件名的访问内容，但是删除一个文件名不会影响其他文件名的访问。（类似于多个指针指向同一个对象）。这种情况就是“硬链接”(hard link). 可以使用ln指令添加硬链接。

通过硬链接创建出来的文件的inode编号是一样的,

注：
（1）硬链接相当于一个副本，不会占用实际空间
（2）删除一个硬链接，不会影响其他的inode
（3）不允许给目录创建硬链接。
（4）硬链接只有在同一个文件系统中才能创建。
2、软链接
文件AB的inode号码不同，但文件A的内容是文件B的路径，读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B，无论打开AB哪一个文件最终读取的都是文件B。（类似A为B的双重指针）。这时文件A就是文件B的“软链接”(soft link)或者“符号链接”(symbolic link)。
文件A依赖文件B存在，如果文件B被删除，打开文件A会报错：“No such file or directory”。这是软链接和硬链接的最大不同：文件A指向的是B的文件名，而不是B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因软链接发生变化。ln -s命令可以创建软链接。

参考资料