• 硬链接及软连接引出的inode

    inode定义

    inode是linux系统中用作数据索引的标识符。简单来说，inode指示了一个文件的基本信息，如inode编号、修改时间、文件的位置等。

    如同一本书的目录，会直接告诉你想看的章节是在第几页。不同的是，书是以页为单位的，而Linux文件存取是以“块”为单位的。

    找寻文件

    操作系统在读取硬盘的时候，会一次性读取一个“块”（一个“块”的大小往往是4KB，包含了连续8个扇区，每个扇区存储512个字节）。而inode就告诉了文件位于哪个“块”，于是系统就会从这个“块”开始读取内容，我们就可以看到文件的内容。

    每个文件都有对应的inode，存储着这个文件的基本信息。Linux系统不使用文件名，而使用inode号来识别文件。对于使用者，我们是通过文件名寻找、打开文件；对于系统，是通过以下三步找到的：

    1. 系统找到这个文件名对应的inode号
    2. 通过inode号，获取inode信息
    3. 根据inode信息，找到文件数据所在的block，读取内容

    inode内容

    inode 包含了文件的以下基本信息：

    • 文件的字节数
    • node 编号
    • 文件拥有者的 Uid
    • 文件所属group的 Gid
    • 文件的读、写、执行权限
    • 文件的时间戳，共有三个：
      • change：inode 上一次变动的时间
      • modify：文件内容上一次变动的时间
      • access：文件上一次打开的时间
    • 链接数，即有多少文件名指向这个inode
    • 文件数据 block 的位置

    我们可以使用 stat 命令查看文件的inode信息，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: -

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    也可以在 ls 后加上 -i 直接获取inode编号:

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

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    inode大小

    inode存储了文件的基本信息，虽然信息很少，但是也会占用空间。
    硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分为两个区域：

    • 数据区：存放文件内容
    • inode 区：存放 inode 包含的信息，也叫作 inode table

    每个 inode 节点的大小，一般是 128 字节或 256 字节。inode节点的总数，在硬盘格式化时就固定了。一般，数据区每1KB或2KB，inode区就会增加一个 inode。

    假如在一块 1GB 的硬盘中，每个 inode 节点的大小为 128 字节，那么 inode 表的大小就会达到 128 MB，占整块硬盘的 12.8%。既然 inode 节点总数是有限的，那么分区的节点数就有用完的时候，一旦 inode 用完，即使磁盘空间还有剩余，也不能再存放任何数据，因为需要保证每个文件必须有一个 inode。

    查看每个硬盘分区的 inode 或者磁盘容量的使用情况，可以使用 df 命令加上参数 -i 或者 -h，如：

    文件-h, --human-readable 使用人类可读的格式(预设值是不加这个选项的...)

    文件-H, --si 很像 -h, 但是用 1000 为单位而不是用 1024

    文件-i, --inodes 列出 inode 资讯，不列出已使用 block

    $ 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

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    关于 df -h -i 的区别，可以参考 Linux df命令。

    文件操作对 inode 的影响

    要理解文件的操作对 inode 的影响，先要理解目录的原理。目录对外表现是一个容器，存放着子文件和子目录，实际上在系统内部，目录本身也是一个文件，目录文件的内容即是该目录下的文件名与 inode 号的映射表（即一个个的目录项）。

    因此，linux访问一个文件时，要先查询到上一级目录，根据目录内容查找到文件对应的 inode号，然后读取对应的 block。

    cp 命令

    系统内部会执行以下操作：

    1. 分配一个未被使用的 inode 号，在 inode 表中新添一个项目。如果是覆盖复制，则 inode号不变，沿用之前同名文件的 inode 号。

    2. 在目录中新建一个目录项，并指向步骤 1 中的 inode。

    3. 把数据复制到 block 中。

    rm 命令

    系统内部会执行以下操作：

    1. 减少待删除文件名所对应的 inode 的链接数量，如果链接数变为0，则释放 inode，同时数据块放到可用空间中（对外表现为数据已删除，因为随时可以覆盖。如果没有覆盖，数据还可以恢复；一旦覆盖了，那么删除的数据无法恢复。）。

    2. 删除目录中的目录项。

    mv 命令

    如果目标文件和源文件属于同一个文件系统：

    1. 在目标文件的目录中新建目录项
    2. 删除源文件的目录中的目录项
    3. 目标文件名会指向源文件名的 inode。因此该操作对 inode 没有影响（除了时间戳），对数据的位置也没有影响，不移动任何数据。

    如果目标文件和源文件属于不同文件系统:

    1. 相当于 cp + rm。

    ln 命令

    硬链接

    一般情况下，文件名和 inode 号是一一对应，但是也有可能多个文件名指向同一个inode号，即硬链接。

    • 硬链接可以实现用不同的文件名访问同一个文件；
    • 对文件内容修改，会影响到所有的文件名；
    • 但是，删除一个文件名，不影响其他文件名的访问。

    3XH3E6.png

    举个栗子

    创建硬链接的命令：

    ln [source file] [new file]

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    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

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    这样，两个文件的 inode 号均为 5659849。

    具体查看两个文件的 inode 内容：

    $ 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
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    可以看到，两个文件的 inode 内容完全相同，且 Links 变成了 2。修改任何一个文件名的内容，另一个文件名的内容也会同时改变，因为访问的就是硬盘中的同一块数据。

    如果再将 test_file_hardlink 删掉，会使得 Links 变回 1。当这个值减到 0 时，说明没有文件名指向这个 inode，系统就会回收这个号码，以及所对应的 block 区域。

    另外，对于目录的链接数，创建一个目录时，默认会生成两个目录项：. 和 .. 前者的 inode 号就是当前目录的 inode 号，等同于当前目录的硬链接；后者的 inode 号是父目录的 inode 号，等同于父目录的硬链接。

    因此，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，且除去. 和 ..）。

    软链接

    软链接也可以通过不同的文件名访问同一块数据，但是与硬链接不同的是，两个文件名的 inode 是不一样的。

    那如何访问同一块区域呢？

    比如文件 A 是文件 B 的软连接，那么文件 A 的内容存放的是文件 B 的路径名（可以通过这个找到文件 B 的目录项）。因此访问 A 时，会读取文件 B 的路径，进而读取文件 B 的内容。这样，对外表现来看，文件 A 和文件 B 的内容就相同了。类似于 windows 系统下的快捷方式。

    3XHG4O.png

    举个栗子

    建立软链接的命令：

    ln -s [source file] [new file]

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    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

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    如果是对文件夹简历软链接，则为：

    ln -s /tmp/test_directory ./

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    会自动地在当前目录建立一个文件夹 test_directory ，并指向 /tmp/test_directory

    • 两个文件的 inode 号是不同的。
    • 既然文件 A 是依赖文件 B 存在的，那么如果删除了文件 B，打开文件 A 就会报错：No such file or directory；
    • 如果删除了文件 A，则对文件 B 的打开无影响，因为只是删除了“快捷方式”而已。
    • 软连接的建立，不会影响到文件 B 的 inode 的任何信息，包括 Links。

    硬链接和软链接的不同

    1. 本质不同：硬链接是指向同一个文件，软链接指向的不是同一个文件。
    2. 删除时：硬链接不受影响，软链接失效
    3. 创建链接时：创建硬链接链接数加1，创建软链接连接数不变
    4. 是否可以跨分区：硬链接不可以跨分区，软链接可以跨分区
    5. 目录是否可以创建链接：硬链接不可以对目录创建，软链接可以对目录创建
    6. 硬链接的inode号相同，软链接inode号不同

    硬链接和软链接的占用空间分析

    硬链接不占用磁盘空间，软链接占用的空间只是存储路径所占用的极小空间。

    ll –h 或者 ls –h这命令进行统计文件总大小的时候并不是从磁盘进行统计的，而是根据文件属性中的大小叠加得来的。而硬链接的文件属性中的大小就是就是inode号对应的数据块的大小，所以total中进行统计就把各个文件属性中的大小加起来作为总和，这种统计是不标准，也不具有代表性的，

    真正的查看某个文件夹占用磁盘空间大小命令是：du –h 这个命令是从磁盘上进行统计，不会被文件的属性中大小影响，所以更准确

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