柳大的Linux講義·基礎篇（2）Linux檔案系統的inode

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要想理解Linux檔案系統，首先要理解的就是inode。什麼是inode？往下看吧。

1、Linux檔案系統的最基本資料結構：inode和block

（1）背景

由於Linux系統是多使用者多的，所以檔案系統型別多樣化是在所難免的。從ext2開始，是將檔案屬性和檔案內容分開儲存的，分別由inode和block來負責。

（2）inode

用於儲存檔案的各屬性，包括：

- 所有者資訊：檔案的owner，group；

- 許可權資訊：read、write和excite；

-時間資訊：建立或改變時間（ctime）、最後讀取時間（atime）、最後修改時間（mtime）；

- 標誌資訊：一些flags；

- 內容資訊：type，size，以及相應的block的位置資訊。

注意：不記錄檔名或目錄名，檔名或目錄名記錄在檔案所在目錄對應的block裡。

（3）block

用來儲存檔案的內容。

（4）建立目錄或檔案

當建立一個目錄時，檔案系統會為該目錄分配一個inode和至少一個block。該inode記錄該目錄的屬性，並指向那塊block。該block記錄該目錄下相關聯的檔案或目錄的關聯性和名字。

當建立一個檔案時，檔案系統會為該檔案分配至少一個inode和與該檔案大小相對應的數量的block。該inode記錄該檔案的屬性，並指向block。

如果一個目錄中的檔案數太多，以至於1個block容納不下這麼多檔案時，Linux的檔案系統會為該目錄分配更多的block。

（各block之間形成連結串列？）

（5）讀取目錄或檔案

當我們告知作業系統一個檔案的路徑後，作業系統是如何找到這個檔案的呢？首先作業系統會呼叫檔案系統的相應介面，接下來：

遞迴說法：當讀取一個檔案或目錄X時，提供給檔案系統的是一個路徑P。檔案系統會先讀取X所在的目錄D的inode_d（注意這裡，其實是這一操作的遞迴過程），通過inode_d獲得其對應的block_d，在block_d中通過已知的X的名稱，查詢到X的inode_x。

迭代說法；如果讀取的是/x1/x2/x3/x4/x5這個檔案，則先讀取根目錄的inode_root，然後找到inode_root對應的block_root，在block_root中根據x1這個名字找到x1對應的inode_x1，然後找到inode_x1對應的block_x1，在block_x1中根據x2這個名字找到inode_x2，再找到block_x2，然後根據x3找到inode_x3，再block_x3，根據x4找到inode_x4，再block_x4，再根據x5找到inode_x5，再block_x5，就讀取到我們要的x5的內容了。

2、分割槽

（1）分割槽結構

分割槽（partition）在被Linux的檔案系統（比如ext2）格式化的時候，會分成inode table和block table兩部分，且大小都是固定的。該分割槽的所有inode都在inode table裡，所有block都在block table裡。

（2）塊大小

ext2允許的block size為1024bytes、2048bytes和4096bytes。

（3）inode大小

ext2一般預設給inode預設的大小為128bytes。

（4）預設分割槽

一個T bytes的分割槽，設定每個block為B bytes，每個inode為I bytes。如果假設平均每個檔案佔用兩個block的話，那麼inode的數量就應該設定為T/(2B+I)個，即inode table為T*I/(2B+I) bytes，block table為T*B/(2B+I) bytes。所以一個分割槽的檔案系統所能容納的檔案數量，被限制於該分割槽的檔案系統的inode area中的inode數。

如果一個分割槽大小為1GB，每個block為4KB，一個inode為128B，並假設平均每個檔案佔用2個block。那麼inode的數量為1GB/(8KB+128B)=129055.5，即129055。那麼inode table的大小為129055*128B=15.75MB。所以按照這樣的規劃，如果一個1GB的磁碟，那麼格式化後，就已經有15.75MB被使用了。

大檔案應用場景：block設定的小一些，inode設定的多一些。比如新聞組、BBS等。

小檔案應用場景：block設定的大一些，inode設定的少一些。比如圖片分享網站。

3、檢視本機的檔案系統資訊

使用dumpe2fs命令可以檢視分割槽的檔案系統的相關資訊。比如我在我的一臺測試機上檢視sda1，可以輸入：

dumpe2fs /dev/sda1

會得到如下內容，一些資訊已經標註在註釋裡了。

（1）檔案系統基本資訊

#該分割槽的檔案系統的名稱

Filesystem volumn name: MAIN

#上次的掛載點

Last mounted on:<not available>

#檔案系統的通用唯一識別符號

Filesystem UUID:<none>

#檔案系統的

Filesystem magic number:0xEF53

#修訂版本號

Filesystem revision #:1 (dynamic)

Filesystem features:has_journal needs_recovery

Filesystem flags:signed_directory_hash

Default mount options:(none)

#檔案系統狀態

Filesystem state:clean

#發生錯誤後的行為

Errors behavior: Continue

#作業系統

Filesystem OS type: Linux

（2）結構資訊

#Inode總數

Inode count: 1313312

#Block總數

Block count: 1313305

#保留block數

Reserved block count: 65665

#空閒block數

Free blocks: 979164

#空閒inode數

Free inodes: 1298415

#第一個block的編號

First block: 0

#block的大小

Block size: 4096

#fragment的大小

Fragment size:4096

#每個group的block數是32K個

Blocks per group: 32768

#每個group的fragment數是32K個

Fragments per group: 32768

#每個group的inode數

Inodes per group:32032

#每個group的inode blocks

Inode blocks per group: 1001

（3）訪問資訊

#上次掛載時間

Last mount time: Wed Jan 25 00:32:14 2012

#上次寫時間

Last write time: Wed Jan 24 00:32:14 2012

#掛載數

Mount count:11

#最大掛在數

Maximum mount count:20

#上次檢查檔案系統時間

Last checked:Sat Oct 31 22:52:33 2009

#檢查檔案系統時間間隔

Check intervalle: 15552000 (6 months)

#下一次檢查檔案系統的時間

Next check after: Thu Apr 29 22:52:33 2010

#對保留塊有許可權的使用者ID

Reserved blocks uid:0 (user root)

#對保留快有許可權的組ID

Reserved blocks gid:0 (group root)

#第一個inode

First inode: 11

#每個inode大小

Inode size:128

#日誌inode

Journal inode: 8

#日誌大小為32M

Journal size: 32M

（4）group資訊

Group 0: (Blocks 0-32767)

Primary superblock at 0,Group descriptors at 1-1

Block bitmap at 2 (+2), Inode bitmap at 3 (+3)

Inode table at 4-1004 (+4)

0 free blocks, 32019 free inodes, 2 directories

Free blocks:

Free inodes: 14-32032

Group 1: (Blocks 32768-65535)

Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769

Block bitmap at 32770 (+2), Inode bitmap at 32771 (+3)

Inode table at 32772-33772 (+4)

3 free blocks, 32032 free inodes, 0 directories

Free blocks: 33773-33775

Free inodes: 32033-64064

Group 2: (Blocks 65536-98303)

Backup superblock at 65536, Group descriptors at 65537-65537

Block bitmap at 65538 (+2), Inode bitmap at 65539 (+3)

Inode table at 65540-66540 (+4)

3 free blocks, 32032 free inodes, 0 directories

Free blocks: 66541-66543

Free inodes: 64065-96096

Group 3: (Blocks 98304-131071)

Backup superblock at 98304, Group descriptors at 98305-98305

Block bitmap at 98306 (+2), Inode bitmap at 98307 (+3)

Inode table at 98308-99308 (+4)

3 free blocks, 32031 free inodes, 0 directories

Free blocks: 99309-99311

Free inodes: 96098-128128

Group 4: (Blocks 131072-163839)

Backup superblock at 131072, Group descriptors at 131073-131073

Block bitmap at 131074 (+2), Inode bitmap at 131075 (+3)

Inode table at 131076-132076 (+4)

0 free blocks, 32032 free inodes, 0 directories

Free blocks:

Free inodes: 128129-160160

...

Group 40: (Blocks 1310720-1313304)

Backup superblock at 1310720, Group descriptors at 1310721-1310721

Block bitmap at 1310722 (+2), Inode bitmap at 1310723 (+3)

Inode table at 1310724-1311724 (+4)

1580 free blocks, 32032 free inodes, 0 directories

Free blocks: 1311725-1313304

Free inodes: 1281281-1313312

可見，各Group對應的blocks（注意每個block的大小是4096bytes）

- Group 00: 0(0x000000) - 32767(0x007FFF): 0K = 0 * 32K

- Group 01: 32768(0x008000) - 65535(0x00FFFF): 32K = 1 * 32K

- Group 02: 65536(0x010000) - 98303(0x017FFF): 64K = 2 * 32K

- Group 03: 98304(0x018000) - 131071(0x01FFFF): 96K = 3 * 32K

- Group 04: 131072(0x020000) - 163839(0x027FFF): 128K = 4 * 32K

…

- Group 40: 1310720(0x140000) - 1313304(0x147FFF): 1280K = 40 * 32K

這40個group一共的大小，是40*32K*4KB = 5GB

4、檔案系統結構

結合上面命令的輸出結果，一個分割槽一般含有多個block group，比如上面看到的40個。而每個block group都有superblock、group description、block bitmap、inode bitmap、inode table、data blocks，比如上面的Backup Superblock佔用1個block（4KB）、Group descriptors佔用1個block（4KB）、Block bitmap佔用1個block（1KB）、Inode bitmap佔用1個block（1KB）、Inode table佔用1001個block（512.5KB）。

Superblock記錄整個partition的block和inode的總量，已使用和未使用的inode和block的數量，1個block和1個inode的大小，filesystem的掛載時間/最後寫入時間/最後檢查時間、標示該檔案系統是否被掛載的valid bit（0標示未掛載，1標示已掛載）。是MBR中的Superblock的backup。

Group descriptors描述由何處開始記錄資料，是MBR中的Group descriptors的backup。

Block bitmap記錄哪個block是空閒的。

Inode bitmap記錄哪個inode是空閒的。

Inode table存放inode資料。

Data blocks存放block資料。

如下圖：

（注：圖取自《鳥哥的Linux私房菜》）

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