inode是什么？

  • 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）。
  • 操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，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。
  • 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”。
  • 每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

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保存的其实是实际的数据的一些信息，这些信息称为“元数据”(也就是对文件属性的描述)。例如：文件大小，设备标识符，用户标识符，用户组标识符，文件模式，扩展属性，文件读取或修改的时间戳，链接数量，指向存储该内容的磁盘区块的指针，文件分类等等。
( 注意数据分成：元数据+数据本身 )

同时注意：inode有两种，一种是VFS的inode，一种是具体文件系统的inode。前者在内存中，后者在磁盘中。所以每次其实是将磁盘中的inode调进填充内存中的inode，这样才是算使用了磁盘文件inode。

inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：
文件的字节数
文件拥有者的User ID
文件的Group ID
文件的读、写、执行权限
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。
链接数，即有多少文件名指向这个inode
* 文件数据block的位置

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：
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总之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于为什么没有文件名，下文会有详细解释（文件名在 dentry 中 文件 文件dentry目录项）。

inode的大小

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命令。
df -i
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查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：
sudo dumpe2fs -h /dev/sda2 | grep “Inode size”
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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。

inode号码

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，Unix/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：
ls -i test.txt
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目录文件

Unix/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：
ls /etc/
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ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：
ls -i /etc/
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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。
ls -l /etc/
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理解了上面这些知识，就能理解目录的权限。
目录文件的读权限（r）和写权限（w），都是针对目录文件本身。由于目录文件内只有文件名和inode号码，所以如果只有读权限，只能获取文件名，无法获取其他信息，因为其他信息都储存在inode节点中，而读取inode节点内的信息（就是查看文件夹内的信息）需要目录文件的执行权限（x）。

硬链接

一般情况下，文件名（其实就是 dentry 结构的指针）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，Unix/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：
ln 源文件 目标文件
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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）。
参考：文件ln链接

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。
ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录
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参考：文件ln链接

inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。
　　1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。
　　2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。
　　3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

拓展软硬链接

1、硬链接
硬链接是通过索引节点进行的链接。在Linux中，多个文件指向同一个索引节点是允许的，像这样的链接就是硬链接。硬链接只能在同一文件系统中的文件之间进行链接，不能对目录进行创建。

如果删除硬链接对应的源文件，则硬链接文件仍然存在，而且保存了原有的内容，这样可以起到防止因为误操作而错误删除文件的作用。由于硬链接是有着相同 inode 号仅文件名不同的文件，因此，删除一个硬链接文件并不影响其他有相同 inode 号的文件。
2、软链接
软链接（也叫符号链接）与硬链接不同，文件用户数据块中存放的内容是另一文件的路径名的指向。软链接就是一个普通文件，只是数据块内容有点特殊。软链接可对文件或目录创建。

软链接主要应用于以下两个方面：一是方便管理，例如可以把一个复杂路径下的文件链接到一个简单路径下方便用户访问；另一方面就是解决文件系统磁盘空间不足的情况。

例如某个文件文件系统空间已经用完了，但是现在必须在该文件系统下创建一个新的目录并存储大量的文件，那么可以把另一个剩余空间较多的文件系统中的目录链接到该文件系统中，这样就可以很好的解决空间不足问题。删除软链接并不影响被指向的文件，但若被指向的原文件被删除，则相关软连接就变成了死链接。

inode代码示例

  1. struct inode {
  2. 441         struct list_head        i_hash;
  3. 442         struct list_head        i_list;
  4. 443         struct list_head        i_dentry;
  5. 444         
  6. 445         struct list_head        i_dirty_buffers;
  7. 446         struct list_head        i_dirty_data_buffers;
  8. 447 
  9. 448         unsigned long           i_ino;
  10. 449         atomic_t                i_count;
  11. 450         kdev_t                  i_dev;
  12. 451         umode_t                 i_mode;
  13. 452         unsigned int            i_nlink;
  14. 453         uid_t                   i_uid;
  15. 454         gid_t                   i_gid;
  16. 455         kdev_t                  i_rdev;
  17. 456         loff_t                  i_size;
  18. 457         time_t                  i_atime;
  19. 458         time_t                  i_mtime;
  20. 459         time_t                  i_ctime;
  21. 460         unsigned int            i_blkbits;
  22. 461         unsigned long           i_blksize;
  23. 462         unsigned long           i_blocks;
  24. 463         unsigned long           i_version;
  25. 464         unsigned short          i_bytes;
  26. 465         struct semaphore        i_sem;
  27. 466         struct rw_semaphore     i_alloc_sem;
  28. 467         struct semaphore        i_zombie;
  29. 468         struct inode_operations *i_op;
  30. 469         struct file_operations  *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */
  31. 470         struct super_block      *i_sb;
  32. 471         wait_queue_head_t       i_wait;
  33. 472         struct file_lock        *i_flock;
  34. 473         struct address_space    *i_mapping;
  35. 474         struct address_space    i_data;
  36. 475         struct dquot            *i_dquot[MAXQUOTAS];
  37. 476         /* These three should probably be a union */
  38. 477         struct list_head        i_devices;
  39. 478         struct pipe_inode_info  *i_pipe;
  40. 479         struct block_device     *i_bdev;
  41. 480         struct char_device      *i_cdev;
  42. 481 
  43. 482         unsigned long           i_dnotify_mask; /* Directory notify events */
  44. 483         struct dnotify_struct   *i_dnotify; /* for directory notifications */
  45. 484 
  46. 485         unsigned long           i_state;
  47. 486 
  48. 487         unsigned int            i_flags;
  49. 488         unsigned char           i_sock;
  50. 489 
  51. 490         atomic_t                i_writecount;
  52. 491         unsigned int            i_attr_flags;
  53. 492         __u32                   i_generation;
  54. 493         union {
  55. 494                 struct minix_inode_info         minix_i;
  56. 495                 struct ext2_inode_info          ext2_i;
  57. 496                 struct ext3_inode_info          ext3_i;
  58. 497                 struct hpfs_inode_info          hpfs_i;
  59. 498                 struct ntfs_inode_info          ntfs_i;
  60. 499                 struct msdos_inode_info         msdos_i;
  61. 500                 struct umsdos_inode_info        umsdos_i;
  62. 501                 struct iso_inode_info           isofs_i;
  63. 502                 struct nfs_inode_info           nfs_i;
  64. 503                 struct sysv_inode_info          sysv_i;
  65. 504                 struct affs_inode_info          affs_i;
  66. 505                 struct ufs_inode_info           ufs_i;
  67. 506                 struct efs_inode_info           efs_i;
  68. 507                 struct romfs_inode_info         romfs_i;
  69. 508                 struct shmem_inode_info         shmem_i;
  70. 509                 struct coda_inode_info          coda_i;
  71. 510                 struct smb_inode_info           smbfs_i;
  72. 511                 struct hfs_inode_info           hfs_i;
  73. 512                 struct adfs_inode_info          adfs_i;
  74. 513                 struct qnx4_inode_info          qnx4_i;
  75. 514                 struct reiserfs_inode_info      reiserfs_i;
  76. 515                 struct bfs_inode_info           bfs_i;
  77. 516                 struct udf_inode_info           udf_i;
  78. 517                 struct ncp_inode_info           ncpfs_i;
  79. 518                 struct proc_inode_info          proc_i;
  80. 519                 struct socket                   socket_i;
  81. 520                 struct usbdev_inode_info        usbdev_i;
  82. 521                 struct jffs2_inode_info         jffs2_i;
  83. 522                 void                            *generic_ip;
  84. 523         } u;
  85. 524 };

解释一些字段：
i_hash：指向hash链表指针，用于inode的hash表，下面会说
i_list：指向索引节点链表指针，用于inode之间的连接，下面会说
i_dentry：指向目录项链表指针，注意一个inodes可以对应多个dentry，因为一个实际的文件可能被链接到其他的文件，那么就会有另一个dentry，这个链表就是将所有的与本inode有关的dentry都连在一起。
i_dirty_buffers和i_dirty_data_buffers：脏数据缓冲区
i_ino：索引节点号，每个inode都是唯一的
i_count：引用计数
i_dev：如果inode代表设备，那么就是设备号
i_mode：文件的类型和访问权限
i_nlink：与该节点建立链接的文件数(硬链接数)
i_uid：文件拥有者标号
i_gid：文件所在组标号
i_rdev：实际的设备标识
注意i_dev和i_rdev之间区别：如果是普通的文件，例如磁盘文件，存储在某块磁盘上，那么i_dev代表的就是保存这个文件的磁盘号，但是如果此处是特 殊文件例如就是磁盘本身(因为所有的设备也看做文件处理)，那么i_rdev就代表这个磁盘实际的磁盘号。
i_size：inode所代表的的文件的大小，以字节为单位
i_atime：文件最后一次访问时间
i_mtime：文件最后一次修改时间
i_ctime：inode最后一次修改时间
i_blkbits：块大小，字节单位
i_blksize：块大小，bit单位
i_blocks：文件所占块数
i_version：版本号
i_bytes：文件中最后一个块的字节数
i_sem：指向用于同步操作的信号量结构
i_alloc_sem：保护inode上的IO操作不被另一个打断
i_zombie：僵尸inode信号量
i_op：索引节点操作
i_fop：文件操作
i_sb：inode所属文件系统的超级块指针
i_wait：指向索引节点等待队列指针
i_flock：文件锁链表
注意下面：address_space不是代表某个地址空间，而是用于描述页高速缓存中的页面的。一个文件对应一个address_space，一个address_space和一个偏移量可以确定一个页高速缓存中的页面。
i_mapping：表示向谁请求页面
i_data：表示被inode读写的页面
i_dquot：inode的磁盘限额
关于磁盘限额：在多任务环境下，对于每个用户的磁盘使用限制是必须的，起到一个公平性作用。
磁盘限额分为两种：block限额和inode限额，而且对于一个特文件系统来说，使用的限额机制都是一样的，所以限额的操作函数
放在super_block中就OK！
i_devices：设备链表。共用同一个驱动程序的设备形成的链表。
i_pipe：指向管道文件（如果文件是管道文件时使用）
i_bdev：指向块设备文件指针（如果文件是块设备文件时使用）
i_cdev：指向字符设备文件指针（如果文件是字符设备时使用）
i_dnotify_mask：目录通知事件掩码
i_dnotify：用于目录通知
i_state：索引节点的状态标识：I_NEW，I_LOCK，I_FREEING
i_flags：索引节点的安装标识
i_sock：如果是套接字文件则为True
i_write_count：记录多少进程以刻写模式打开此文件
i_attr_flags：文件创建标识
i_generation：保留
u：具体的inode信息

注意管理inode的四个链表：**
inode_unused：将目前还没有使用的inode链接起来(通过i_list域链接)
inode_in_use：目前正在使用的inode链接起来(通过i_list域链接)
super_block中的s_dirty：将所有修改过的inode链接起来，这个字段在super_block中(通过i_list域链接起来)
inode_hashtable：注意为了加快inode的查找效率，将正在使用的inode和脏inode也会放在inode_hashtable这样一个hash结构中，

但是，不同的inode的hash值可能相等，所以将hash值相等的这些inode通过这个i_hash字段连接起来。