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Linux文件存储结构

大部分的Linux文件系统(如ext2、ext3)规定,一个文件由目录项、inode和数据块组成:目录项:包括文件名和inode节点号。Inode:又称文件索引节点,包含文件的基础信息以及数据块的指针。数据块:包含文件的具体内容。0Linux文件系统
工具/原料

CentOS 7.2

方法/步骤
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理解inode,要从文件储存说起。文件储存在硬盘上,硬盘的最小存储单位叫做'扇区'(Sector),每个扇区储存512字节(相当于0.5KB)。

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操作系统读取硬盘的时候,不会一个扇区一个扇区地读取,这样效率太低,而是一次性连续读取多个扇区,即一次性读取一个'块'(block)。这种由多个扇区组成的'块',是文件存取的最小单位。'块'的大小,最常见的是4KB,即连续八个 sector组成一个 block。

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文件数据都储存在'块'中,那么很显然,我们还必须找到一个地方储存文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为'索引节点'。

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inode包含文件的元信息,具体来说有以下内容:1、文件的字节数。2、文件拥有者的User ID。3、文件的Group ID。4、文件的读、写、执行权限。5、文件的时间戳,共有三个:ctime指inode上一次变动的时间,mtime指文件内容上一次变动的时间,atime指文件上一次打开的时间。6、链接数,即有多少文件名指向这个inode。7、文件数据block的位置。

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可以用stat命令,查看某个文件的inode信息。总之,除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中

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当查看某个文件时,会先从inode表中查出文件属性及数据存放点,再从数据块中读取数据。

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inode也会消耗硬盘空间,所以硬盘格式化的时候,操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区,存放文件数据;另一个是inode区(inode table),存放inode所包含的信息      每个inode节点的大小,一般是128字节或256字节。inode节点的总数,在格式化时就给定,一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中,每个inode节点的大小为128字节,每1KB就设置一个inode,那么inode table的大小就会达到128MB,占整块硬盘的12.8%      查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量,可以使用df -i 命令。

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查看每个inode节点的大小,可以用如下命令      dumpe2fs -h /dev/vda1 |grep 'Inode size'      由于每个文件都必须有一个inode,因此有可能发生inode已经用光,但是硬盘还未存满的情况。这时,就无法在硬盘上创建新文件。注:vm虚拟机上运动dumpe2fs命令失败Bad magic number in super-block while trying to open /dev/sda1

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每个inode都有一个号码,操作系统用inode号码来识别不同的文件。      这里值得重复一遍,Linux系统内部不使用文件名,而使用inode号码来识别文件。对于系统来说,文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上,用户通过文件名,打开文件。实际上,系统内部这个过程分成三步:首先,系统找到这个文件名对应的inode号码;其次,通过inode号码,获取inode信息;最后,根据inode信息,找到文件数据所在的block,读出数据。      使用ls -i命令,可以看到文件名对应的inode号码

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Linux系统中,目录(directory)也是一种文件。打开目录,实际上就是打开目录文件。      目录文件的结构非常简单,就是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:所包含文件的文件名,以及该文件名对应的inode号码。      ls命令只列出目录文件中的所有文件名

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如果要查看文件的详细信息,就必须根据inode号码,访问inode节点,读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

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硬链接:一般情况下,文件名和inode号码是'一一对应'关系,每个inode号码对应一个文件名。但是,Linux系统允许,多个文件名指向同一个inode号码。这意味着,可以用不同的文件名访问同样的内容;对文件内容进行修改,会影响到所有文件名;但是,删除一个文件名,不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为'硬链接'(hard link)。ln命令可以创建硬链接,语法为:ln source_file target_file

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运行上面这条命令以后,源文件与目标文件的inode号码相同,都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做'链接数',记录指向该inode的文件名总数,这时就会增加1。反过来,删除一个文件名,就会使得inode节点中的'链接数'减1。当这个值减到0,表明没有文件名指向这个inode,系统就会回收这个inode号码,以及其所对应block区域。      这里顺便说一下目录文件的'链接数'。创建目录时,默认会生成两个目录项:'.'和'..'。前者的inode号码就是当前目录的inode号码,等同于当前目录的'硬链接';后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码,等同于父目录的'硬链接'。所以,任何一个目录的'硬链接'总数,总是等于2加上它的子目录总数(含隐藏目录),这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的'.硬链接“。

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软链接:除了硬链接以外,还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样,但是文件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。因此,无论打开哪一个文件,最终读取的都是文件B。这时,文件A就称为文件B的'软链接'(soft link)或者'符号链接(symbolic link)。      这意味着,文件A依赖于文件B而存在,如果删除了文件B,打开文件A就会报错:'No such file or directory'。这是软链接与硬链接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode号码,文件B的inode'链接数'不会因此发生变化。ln -s命令可以创建软链接,语法为:ln -s source_file target_file

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