inode定義

inode 是 linux 系統中用作資料索引的識別符號。
簡單來說，inode 指示了一個檔案的基本資訊，如inode編號、修改時間、檔案的位置等，就如同一本書的目錄，會直接告訴你想看的章節是在第幾頁。不同的是，書是以頁為單位的，而 linux 檔案存取是以“塊”為單位的。
作業系統在讀取硬碟的時候，會一次性讀取一個“塊”（一個“塊”的大小往往是4kb，包含了連續8個扇區，每個扇區儲存512個位元組）。而inode就告訴了檔案位於哪個“塊”，於是系統就會從這個“塊”開始讀取內容，我們就可以看到這個檔案的內容。
每個檔案都有對應的inode，儲存著關於這個檔案的基本資訊。linux 系統不使用檔名，而使用 inode 號來識別檔案。對於使用者，我們是通過檔名開啟的檔案；但是對於系統內部，是分為三步的：

1. 系統找到這個檔名對應的 inode 號
2. 通過 inode 號，獲取 inode 資訊
3. 根據 inode 資訊，找到檔案資料所在的 block，讀取內容

inode內容

inode 包含了檔案的以下基本資訊：

• 檔案的位元組數
• inode 編號
• 檔案擁有者的 Uid
• 檔案所屬group的 Gid
• 檔案的讀、寫、執行許可權
• 檔案的時間戳，共有三個：
  
  • change：inode 上一次變動的時間
  • modify：檔案內容上一次變動的時間
  • access：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

我們可以使用 stat 命令來檢視檔案的 inode 資訊，如：

$ stat v0.1.0.zip 
  File: ‘v0.1.0.zip’
  Size: 94267       Blocks: 192        IO Block: 4096   regular file
Device: 811h/2065d  Inode: 5659765     Links: 1
Access: (0640/-rw-r-----)  Uid: ( 3457/mart_bda)   Gid: ( 3457/mart_bda)
Access: 2018-06-12 14:22:18.434027485 +0800
Modify: 2018-06-12 14:18:00.840994081 +0800
Change:
 
 2018-06-12 14:18:00.840994081 +0800
 Birth: -

也可以在 ls 後加上 -i 直接獲取 incode 編號：

$ ls -i v0.1.0.zip 
5659765 v0.1.0.zip

inode大小

inode儲存了檔案的基本資訊，雖然資訊很少，但是也會佔用空間。
硬碟格式化的時候，作業系統自動將硬碟分為兩個區域：

• 資料區：存放檔案內容
• inode 區：存放 inode 包含的資訊，也叫作 inode table

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，在硬碟格式化時就固定了。一般，資料區每1KB 或 2KB，inode區就會增加一個 inode。假如在一塊 1GB 的硬碟中，每個 inode 節點的大小為 128 位元組，那麼 inode 表的大小就會達到 128 MB，佔整塊硬碟的 12.8%。
既然 inode 節點總數是有限的，那麼分割槽的節點數就有用完的時候，一旦 inode 用完了，即使磁碟空間還有剩餘，也不能再存放任何資料，因為需要保證每個檔案必須有一個 inode。
檢視每個硬碟分割槽的 inode 或者磁碟容量的使用情況，可以使用 df 命令加上引數 -i 或者 -h，如：

$ df -i
Filesystem        Inodes   IUsed     IFree IUse% Mounted on
/dev/sda5      275436544  801853 274634691    1% /
devtmpfs         8192960     524   8192436    1% /dev
tmpfs            8195307       4   8195303    1% /dev/shm
tmpfs            8195307     765   8194542    1% /run
tmpfs            8195307      13   8195294    1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda2         204800     342    204458    1% /boot
/dev/sdb1       11443200 3329257   8113943   30% /data0
tmpfs            8195307       1   8195306    1% /run/user/0
tmpfs            8195307       1   8195306    1% /run/user/3457
$ df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda5       263G  134G  130G  51% /
devtmpfs         32G     0   32G   0% /dev
tmpfs            32G   12K   32G   1% /dev/shm
tmpfs            32G  394M   31G   2% /run
tmpfs            32G     0   32G   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda2       197M  139M   58M  71% /boot
/dev/sdb1        11T  5.2T  5.2T  51% /data0
tmpfs           6.3G     0  6.3G   0% /run/user/0
tmpfs           6.3G     0  6.3G   0% /run/user/3457

關於 df -h -i 的區別，可以參考 Linux df命令。

檔案操作對 inode 的影響

要理解檔案的操作對 inode 的影響，先要理解目錄的原理。目錄對外表現是一個容器，存放著子檔案和子目錄，實際上在系統內部，目錄本身也是一個檔案，目錄檔案的內容即是該目錄下的檔名與 inode 號的對映表（即一個個的目錄項）。因此，linux 訪問一個檔案時，要先查詢到上一級目錄，根據目錄內容查詢到檔案對應的 inode 號，然後讀取對應的 block。

cp 命令

系統內部會執行以下操作：

1. 分配一個未被使用的 inode 號，在 inode 表中新添一個專案。

   如果是覆蓋複製，則 inode 號不變，沿用之前同名檔案的 inode 號。

2. 在目錄中新建一個目錄項，並指向步驟 1 中的 inode。

3. 把資料複製到 block 中。

rm 命令

系統內部會執行以下操作：

1. 減少待刪除檔名所對應的 inode 的連結數量，如果連結數變為0，則釋放 inode，同時資料塊放到可用空間中（對外表現為資料已刪除，因為隨時可以覆蓋。如果沒有覆蓋，資料還可以恢復；一旦覆蓋了，那麼刪除的資料無法恢復。）。
2. 刪除目錄中的目錄項。

mv 命令

一、如果目標檔案和原始檔屬於同一個檔案系統：

1. 在目標檔案的目錄中新建目錄項
2. 刪除原始檔的目錄中的目錄項
3. 目標檔名會指向原始檔名的 inode。因此該操作對 inode 沒有影響（除了時間戳），對資料的位置也沒有影響，不移動任何資料。

二、如果目標檔案和原始檔屬於不同檔案系統，則相當於 cp + rm。

ln 命令

一、硬連結
一般情況下，檔名和 inode 號是一一對應，但是也有可能多個檔名指向同一個 inode 號，即硬連結。硬連結可以實現用不同的檔名訪問同一個檔案；對檔案內容修改，會影響到所有的檔名；但是，刪除一個檔名，不影響其他檔名的訪問。
建立硬連結的命令：

ln [source file] [new file]

如：

$ ll -h -i
total 479M
5659849 -rw-r----- 1 mart_bda mart_bda 479M Jun 13 10:57 test_file
$ ln test_file test_file_hardlink
$ ll -i -h
total 957M
5659849 -rw-r----- 2 mart_bda mart_bda 479M Jun 13 10:57 test_file
5659849 -rw-r----- 2 mart_bda mart_bda 479M Jun 13 10:57 test_file_hardlink

這樣，兩個檔案的 inode 號均為 5659849。具體檢視兩個檔案的 inode 內容：

$ stat test_file
  File: ‘test_file’
  Size: 501577774   Blocks: 979656     IO Block: 4096   regular file
Device: 811h/2065d  Inode: 5659849     Links: 2
Access: (0640/-rw-r-----)  Uid: ( 3457/mart_bda)   Gid: ( 3457/mart_bda)
Access: 2018-06-13 10:57:13.961409755 +0800
Modify: 2018-06-13 10:57:14.931383436 +0800
Change: 2018-06-13 10:58:11.382851699 +0800
 Birth: -
$ stat test_file_hardlink 
  File: ‘test_file_hardlink’
  Size: 501577774   Blocks: 979656     IO Block: 4096   regular file
Device: 811h/2065d  Inode: 5659849     Links: 2
Access: (0640/-rw-r-----)  Uid: ( 3457/mart_bda)   Gid: ( 3457/mart_bda)
Access: 2018-06-13 10:57:13.961409755 +0800
Modify: 2018-06-13 10:57:14.931383436 +0800
Change: 2018-06-13 10:58:11.382851699 +0800
 Birth: -

可以看到，兩個檔案的 inode 內容完全相同，且 Links 變成了 2。修改任何一個檔名的內容，另一個檔名的內容也會同時改變，因為訪問的就是硬碟中的同一塊資料。
如果再將 test_file_hardlink 刪掉，會使得 Links 變回 1。當這個值減到 0 時，說明沒有檔名指向這個 inode，系統就會回收這個號碼，以及所對應的 block 區域。
另外，對於目錄的連結數，建立一個目錄時，預設會生成兩個目錄項：. 和 ..。前者的 inode 號就是當前目錄的 inode 號，等同於當前目錄的硬連結；後者的 inode 號是父目錄的 inode 號，等同於父目錄的硬連結。因此，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，且除去. 和 ..）。

二、軟連結（符號連結）
軟連結也可以通過不同的檔名訪問同一塊資料，但是與硬連結不同的是，兩個檔名的 inode 是不一樣的。那如何訪問同一塊區域呢？比如檔案 A 是檔案 B 的軟連線，那麼檔案 A 的內容存放的是檔案 B 的路徑名（可以通過這個找到檔案 B 的目錄項）。因此訪問 A 時，會讀取檔案 B 的路徑，進而讀取檔案 B 的內容。這樣，對外表現來看，檔案 A 和檔案 B 的內容就相同了。類似於 windows 系統下的快捷方式。
建立軟連結的命令：

ln -s [source file] [new file]

如：

$ ll
total 489824
-rw-r----- 1 mart_bda mart_bda 501577774 Jun 13 11:21 test_file
$ ln -s test_file test_file_soft
$ ll -h -i
total 479M
5659853 -rw-r----- 1 mart_bda mart_bda 479M Jun 13 11:21 test_file
5659854 lrwxrwxrwx 1 mart_bda mart_bda    9 Jun 13 11:22 test_file_soft -> test_file

如果是對資料夾建立軟連結，則為

ln -s /tmp/test_directory ./

會自動地在當前目錄建立一個資料夾 test_directory ，並指向 /tmp/test_directory

可以看到，兩個檔案的 inode 號是不同的。
既然檔案 A 是依賴檔案 B 存在的，那麼如果刪除了檔案 B，開啟檔案 A 就會報錯：No such file or directory；如果刪除了檔案 A，則對檔案 B 的開啟無影響，因為只是刪除了“快捷方式”而已。
軟連線的建立，不會影響到檔案 B 的 inode 的任何資訊，包括 Links。

三、硬連結和軟連結的不同

1. 本質不同：硬連結是指向同一個檔案，軟連結指向的不是同一個檔案。
2. 刪除時：硬連結不受影響，軟連結失效
3. 建立連結時：建立硬連結連結數加1，建立軟連結連線數不變
4. 是否可以跨分割槽：硬連結不可以跨分割槽，軟連結可以跨分割槽
5. 目錄是否可以建立連結：硬連結不可以對目錄建立，軟連結可以對目錄建立
6. 硬連結的inode號相同，軟連結inode號不同

四、硬連結和軟連結的佔用空間分析

大家可能注意到了，對於同一個 test_file（大小為 479M），建立硬連結後，目錄的整體空間佔用為 total 957M，而建立軟連結後，目錄的整體佔用空間仍為 479M。既然硬連結指向的是同一塊資料，那麼就不會開闢新的空間去複製一份，應該是不佔用空間的啊？為什麼空間佔用會加倍呢？這個問題，可以參考關於硬連結與軟連線佔用磁碟空間問題的分析研究。