Linux學習之理解inode
inode是一個重要概念，是理解Unix/Linux檔案系統和硬碟儲存的基礎。
我覺得，理解inode，不僅有助於提高系統操作水平，還有助於體會Unix設計哲學，即如何把底層的複雜性抽象成一個簡單概念，從而大大簡化使用者介面。
下面就是我的inode學習筆記，儘量保持簡單。
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理解inode
一、 inode是什麼？
理解inode，要從檔案儲存說起。
檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小儲存單位叫做”扇區”（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，不會一個個扇區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取一個”塊”（block）。這種由多個扇區組成的”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。
檔案資料都儲存在”塊”中，那麼很顯然，我們還必須找到一個地方儲存檔案的元資訊，比如檔案的建立者、檔案的建立日期、檔案的大小等等。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”。
每一個檔案都有對應的inode，裡面包含了與該檔案有關的一些資訊。
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、寫、執行許可權
- 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命令，檢視某個檔案的inode資訊：
stat example.txt
總之，除了檔名以外的所有檔案資訊，都存在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。假定在一塊1GB的硬碟中，每個inode節點的大小為128位元組，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%。
檢視每個硬碟分割槽的inode總數和已經使用的數量，可以使用df命令。
df -i
檢視每個inode節點的大小，可以用如下命令：
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已經用光，但是硬碟還未存滿的情況。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號碼來識別不同的檔案。
這裡值得重複一遍，Unix/Linux系統內部不使用檔名，而使用inode號碼來識別檔案。對於系統來說，檔名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。
表面上，使用者通過檔名，開啟檔案。實際上，系統內部這個過程分成三步：首先，系統找到這個檔名對應的inode號碼；其次，通過inode號碼，獲取inode資訊；最後，根據inode資訊，找到檔案資料所在的block，讀出資料。
使用ls -i命令，可以看到檔名對應的inode號碼：
ls -i example.txt
五、目錄檔案
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案。
目錄檔案的結構非常簡單，就是一系列目錄項（dirent）的列表。每個目錄項，由兩部分組成：所包含檔案的檔名，以及該檔名對應的inode號碼。
ls命令只列出目錄檔案中的所有檔名：
ls /etc
ls -i命令列出整個目錄檔案，即檔名和inode號碼：
ls -i /etc
如果要檢視檔案的詳細資訊，就必須根據inode號碼，訪問inode節點，讀取資訊。ls -l命令列出檔案的詳細資訊。
ls -l /etc
理解了上面這些知識，就能理解目錄的許可權。目錄檔案的讀許可權（r）和寫許可權（w），都是針對目錄檔案本身。由於目錄檔案內只有檔名和inode號碼，所以如果只有讀許可權，只能獲取檔名，無法獲取其他資訊，因為其他資訊都儲存在inode節點中，而讀取inode節點內的資訊需要目錄檔案的執行許可權（x）。
六、硬連結
一般情況下，檔名和inode號碼是”一一對應”關係，每個inode號碼對應一個檔名。但是，Unix/Linux系統允許，多個檔名指向同一個inode號碼。
這意味著，可以用不同的檔名訪問同樣的內容；對檔案內容進行修改，會影響到所有檔名；但是，刪除一個檔名，不影響另一個檔名的訪問。這種情況就被稱為”硬連結”（hard link）。
ln命令可以建立硬連結：
ln 原始檔 目標檔案
執行上面這條命令以後，原始檔與目標檔案的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，表明沒有檔名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域。
這裡順便說一下目錄檔案的”連結數”。建立目錄時，預設會生成兩個目錄項：”.”和”..”。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼，等同於當前目錄的”硬連結”；後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼，等同於父目錄的”硬連結”。所以，任何一個目錄的”硬連結”總數，總是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）。
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，系統會自動將訪問者導向檔案B。因此，無論開啟哪一個檔案，最終讀取的都是檔案B。這時，檔案A就稱為檔案B的”軟連結”（soft link）或者”符號連結（symbolic link）。
這意味著，檔案A依賴於檔案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的檔名，而不是檔案B的inode號碼，檔案B的inode”連結數”不會因此發生變化。
ln -s命令可以建立軟連結。
ln -s 源文檔案或目錄 目標檔案或目錄
八、inode的特殊作用
由於inode號碼與檔名分離，這種機制導致了一些Unix/Linux系統特有的現象。
1. 有時，檔名包含特殊字元，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. 移動檔案或重新命名檔案，只是改變檔名，不影響inode號碼。
3. 開啟一個檔案以後，系統就以inode號碼來識別這個檔案，不再考慮檔名。因此，通常來說，系統無法從inode號碼得知檔名。
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，不需要重啟。因為系統通過inode號碼，識別執行中的檔案，不通過檔名。更新的時候，新版檔案以同樣的檔名，生成一個新的inode，不會影響到執行中的檔案。等到下一次執行這個軟體的時候，檔名就自動指向新版檔案，舊版檔案的inode則被回收。
（完）
原文地址：理解inode——阮一峰的網路日誌