Linux/Unix文件系统索引节点浅析

索引节点，其英文为 Inode，是 Index Node 的缩写。索引节点是整个 Linux 文件系统的基础。存储于文件系统上的任何文件都可以用索引节点来表示。举一个例子来说，假设有一个老图书馆里面有一本登记簿，上面记录着馆内的书名及存放位置，比如在哪一间的第几排存放着哪一本书，以及书的作者是谁。在这里，记录着一本书的那一行就是索引节点。索引节点以同样的方式来存储对象，我们会在下面学习。

在 Linux 系统中，文件系统主要分为两部分，一部分为元数据（metadata），另一部分为数据本身。元数据，换句话说，就是“包含了与数据有关信息的数据”。索引节点就管理着文件系统中元数据的部分。

索引节点基础知识

如上所述，文件系统中的任何一个文件或目录都与一个索引节点相对应。每个索引节点都是一个数据结构，存储着目标数据的如下信息：

文件大小（以字节为单位）
（存放文件的）设备标识符
（文件所有者的）用户标识符
用户组标识符
文件模式（所有者、用户组及其他人对于文件的读取有怎样的权限）
扩展属性（如 ACL）
文件读取或修改的时间戳
链接数量（指向该文件的硬链接数，记住，软链接不计算在内）
指向存储该内容的磁盘区块的指针
文件分类（是普通文件、目录还是特殊区块设备）
文件占用的区块数量

Linux 文件系统从来不存储文件创建时间，许多人都不清楚这一点。

一个典型的索引数据看起来会是像下面这样：
# stat 01
Size:923383Blocks:1816IO Block:4096regular file
Device:803h/2051dInode:12684895Links:1
Access:(0644/-rw-r--r--)Uid:(0/root)Gid:(0/root)
Access:2012-09-0701:46:54.000000000-0500
Modify:2012-04-2706:22:02.000000000-0500
Change:2012-04-2706:22:02.000000000-0500

索引节点是在何时并以怎样的方式创建的？

索引节点的创建与正在使用的文件系统有关。一些文件系统在创建时就创建了索引节点，故其索引节点的数量有限。而一些如 JFS 和 XFS 等系统也在文件系统创建时创建索引节点，但使用动态节点分配，并按需扩大索引节点的数量，因此可以避免所有索引节点用完的情况。
当读取文件时都发生了什么？

当用户试图读取文件或与该文件相关的信息时，他会使用文件名称。但是，实质上这个文件名称首先映射为存储于目录表中的索引点节号码。通过该索引节点号码又读取到相对应的索引节点。索引节点号码及相对应的索引节点存放于映射表（Inode table）中。

索引节点指针结构

上面已经解释过，索引节点只存储元数据信息，其中包括真正的数据存储的区块的信息。下面就来解释一下索引节点指针结构。
如这篇维基百科上面的文章解释的那样，这个结构可能会有 11 到 13 个指针，但大多数文件系统会以 15 个指针的形式来存储数据结构。这 15 个指针包括：

直接指向文件数据区块的 12 个指针，称为直接指针（direct pointer）。
一个单独非直接指针（singly indirect pointer），指向一个由多个指针构成的区块，后者的指针又指向文件数据区块。
一个双重非直接指针（doubly indirect pointer），指向一个由多个指针构成的区块，后者的指针又指向一个由多个指针构成的区块，这一区块的指针又指向文件数据的区块。
一个三重非直接指针（triply indirect pointer），指向一个由多个指针构成的区块，后者的指针又指向一个由多个指针构成的区块，其指针又指向另一个由多个指针构成的区块，这一区块的指针又指向文件数据的区块。

常见问题集解

问：请用一句话来说明一下索引节点是什么？
答：索引节点是传统类 Unix 文件系统上的数据结构，储存了常规文件、目录或其他文件系统目标的基本信息。

问：如何查看文件或目录的索引节点号码？
答：可使用“stat”命令来查看该信息，也可以使用“ls”命令加上其“-i”参数来查看一文件的索引节点号码。

问：如何查看文件系统上的索引节点的总数和已用数？
答：“df -i”命令会显示索引节点总数、已用数和未使用数的统计数据。

问：为什么索引节点信息不包含文件名称？
答：索引节点会储存对于其自身唯一的信息。对于一个硬链接，一个索引节点可能会含有指向同一索引节点的两个不同的文件名。故文件名称没有存储于索引节点之内。

问：如果索引节点不包含链接会怎么样？
答：不包含链接的索引节点就会从文件系统上移除，并且其资源就会释放出来供重新分配。但直到所有打开它的进程对它读取完成后才可以删除它。

问：在移动文件时索引节点会发生变化吗？
答：即使将文件从一处移动到另一处，索引节点号码还是会保持不变，但前提是在同一文件系统之下。如果在不同的文件系统之间移动，索引节点号码就会发生变化。

问：在创建新文件或目录时会创建新的索引节点吗？
答：不会。当创建新文件或目录时，它只会使用一个已经创建的索引节点的空间并更新其信息，但不会创建新的索引节点。索引节点只会在文件系统创建时创建（有一些文件系统存在例外，上面已解释）。

问：可以通过索引节点号码找到文件吗？
答：可以。使用如下命令（其中 inode-number 为索引节点号码）：

# find / -inum inode-number -exec ls -l {} \;

将上面的一行命令中的“ls”换为“rm”，也可以根据索引节点号码删除文件。

# find / -inum inode-number -exec rm -f {} \;

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