linux內(nèi)核中的文件實(shí)現(xiàn)機(jī)制

本文摘抄自linux

inode

理解inode,要從文件儲(chǔ)存說(shuō)起巾遭。文件儲(chǔ)存在硬盤(pán)上,硬盤(pán)的最小存儲(chǔ)單位叫做"扇區(qū)"(Sector),每個(gè)扇區(qū)儲(chǔ)存512字節(jié)(相當(dāng)于0.5KB)搁进。操作系統(tǒng)讀取硬盤(pán)的時(shí)候,不會(huì)一個(gè)扇區(qū)一個(gè)扇區(qū)地讀取昔头,這樣效率太低饼问,而是一次性連續(xù)讀取多個(gè)扇區(qū),即一次性讀取一個(gè)"塊"(block)揭斧。這種由多個(gè)扇區(qū)組成的"塊"莱革,是文件存取的最小單位

文件數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在"塊"中讹开,那么很顯然盅视,我們還必須找到一個(gè)地方儲(chǔ)存文件的元信息,比如文件的創(chuàng)建者旦万、文件的創(chuàng)建日期闹击、文件的大小等等。這種儲(chǔ)存文件元信息的區(qū)域就叫做inode成艘,中文譯名為"索引節(jié)點(diǎn)"赏半。inode包含文件的元信息,具體來(lái)說(shuō)有以下內(nèi)容:
文件的字節(jié)數(shù)狰腌。
文件擁有者的User ID除破。
文件的Group ID。
文件的讀琼腔、寫(xiě)瑰枫、執(zhí)行權(quán)限。
文件的時(shí)間戳,共有三個(gè):ctime指inode上一次變動(dòng)的時(shí)間光坝,mtime指文件內(nèi)容上一次變動(dòng)的時(shí)間尸诽,atime指文件上一次打開(kāi)的時(shí)間。
鏈接數(shù)盯另,即有多少文件名指向這個(gè)inode性含。
文件數(shù)據(jù)block的位置。
可以用stat命令鸳惯,查看某個(gè)文件的inode信息

stat demo.txt

總之商蕴,除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中芝发。至于為什么沒(méi)有文件名绪商,下文會(huì)有詳細(xì)解釋。當(dāng)查看某個(gè)文件時(shí)辅鲸,會(huì)先從inode表中查出文件屬性及數(shù)據(jù)存放點(diǎn)格郁,再?gòu)臄?shù)據(jù)塊中讀取數(shù)據(jù)。請(qǐng)看文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖:

inode的大小

inode也會(huì)消耗硬盤(pán)空間独悴,所以硬盤(pán)格式化的時(shí)候例书,操作系統(tǒng)自動(dòng)將硬盤(pán)分成兩個(gè)區(qū)域。一個(gè)是數(shù)據(jù)區(qū)刻炒,存放文件數(shù)據(jù)决采;另一個(gè)是inode區(qū)(inode table),存放inode所包含的信息落蝙。每個(gè)inode節(jié)點(diǎn)的大小织狐,一般是128字節(jié)或256字節(jié)。inode節(jié)點(diǎn)的總數(shù)筏勒,在格式化時(shí)就給定移迫,一般是每1KB或每2KB就設(shè)置一個(gè)inode。假定在一塊1GB的硬盤(pán)中管行,每個(gè)inode節(jié)點(diǎn)的大小為128字節(jié)厨埋,每1KB就設(shè)置一個(gè)inode,那么inode table的大小就會(huì)達(dá)到128MB捐顷,占整塊硬盤(pán)的12.8%荡陷。
查看每個(gè)硬盤(pán)分區(qū)的inode總數(shù)和已經(jīng)使用的數(shù)量,可以使用df -i 命令迅涮。
查看每個(gè)inode節(jié)點(diǎn)的大小废赞,可以用如下命令:

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

由于每個(gè)文件都必須有一個(gè)inode,因此有可能發(fā)生inode已經(jīng)用光叮姑,但是硬盤(pán)還未存滿的情況唉地。這時(shí)据悔,就無(wú)法在硬盤(pán)上創(chuàng)建新文件。

inode號(hào)碼

每個(gè)inode都有一個(gè)號(hào)碼耘沼,操作系統(tǒng)用inode號(hào)碼來(lái)識(shí)別不同的文件极颓。這里值得重復(fù)一遍,Linux系統(tǒng)內(nèi)部不使用文件名群嗤,而使用inode號(hào)碼來(lái)識(shí)別文件菠隆。對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō),文件名只是inode號(hào)碼便于識(shí)別的別稱(chēng)或者綽號(hào)狂秘。表面上骇径,用戶通過(guò)文件名,打開(kāi)文件赃绊。
實(shí)際上既峡,系統(tǒng)內(nèi)部這個(gè)過(guò)程分成三步:
首先,系統(tǒng)找到這個(gè)文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào)碼碧查;
其次,通過(guò)inode號(hào)碼校仑,獲取inode信息忠售;
最后,根據(jù)inode信息迄沫,找到文件數(shù)據(jù)所在的block稻扬,讀出數(shù)據(jù)。
使用ls -i命令羊瘩,可以看到文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào)碼泰佳,例如:ls -i demo.txt

目錄項(xiàng)

Linux系統(tǒng)中,目錄(directory)也是一種文件尘吗。打開(kāi)目錄逝她,實(shí)際上就是打開(kāi)目錄文件。目錄文件的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單睬捶,就是一系列目錄項(xiàng)(dirent)的列表黔宛。每個(gè)目錄項(xiàng),由兩部分組成:所包含文件的文件名擒贸,以及該文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào)碼臀晃。

硬鏈接和軟鏈接

硬鏈接

一般情況下,文件名和inode號(hào)碼是"一一對(duì)應(yīng)"關(guān)系介劫,每個(gè)inode號(hào)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)文件名徽惋。但是,Linux系統(tǒng)允許座韵,多個(gè)文件名指向同一個(gè)inode號(hào)碼险绘。這意味著,可以用不同的文件名訪問(wèn)同樣的內(nèi)容;對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行修改隆圆,會(huì)影響到所有文件名漱挚;但是,刪除一個(gè)文件名渺氧,不影響另一個(gè)文件名的訪問(wèn)旨涝。這種情況就被稱(chēng)為"硬鏈接"(hard link)
ln命令可以創(chuàng)建硬鏈接侣背,語(yǔ)法為:

ln source_file target_file

運(yùn)行上面這條命令以后白华,源文件與目標(biāo)文件的inode號(hào)碼相同,都指向同一個(gè)inode贩耐。inode信息中有一項(xiàng)叫做"鏈接數(shù)"弧腥,記錄指向該inode的文件名總數(shù),這時(shí)就會(huì)增加1潮太。反過(guò)來(lái)管搪,刪除一個(gè)文件名,就會(huì)使得inode節(jié)點(diǎn)中的"鏈接數(shù)"減1铡买。當(dāng)這個(gè)值減到0更鲁,表明沒(méi)有文件名指向這個(gè)inode,系統(tǒng)就會(huì)回收這個(gè)inode號(hào)碼奇钞,以及其所對(duì)應(yīng)block區(qū)域澡为。
這里順便說(shuō)一下目錄文件的"鏈接數(shù)"。創(chuàng)建目錄時(shí)景埃,默認(rèn)會(huì)生成兩個(gè)目錄項(xiàng):"."和".."媒至。前者的inode號(hào)碼就是當(dāng)前目錄的inode號(hào)碼,等同于當(dāng)前目錄的"硬鏈接"谷徙;后者的inode號(hào)碼就是當(dāng)前目錄的父目錄的inode號(hào)碼拒啰,等同于父目錄的"硬鏈接"。所以蒂胞,任何一個(gè)目錄的"硬鏈接"總數(shù)图呢,總是等于2加上它的子目錄總數(shù)(含隱藏目錄),這里的2是父目錄對(duì)其的“硬鏈接”和當(dāng)前目錄下的".硬鏈接“。

軟鏈接

除了硬鏈接以外骗随,還有一種特殊情況蛤织。文件A和文件B的inode號(hào)碼雖然不一樣,但是文件A的內(nèi)容是文件B的路徑鸿染。讀取文件A時(shí)指蚜,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將訪問(wèn)者導(dǎo)向文件B。因此涨椒,無(wú)論打開(kāi)哪一個(gè)文件摊鸡,最終讀取的都是文件B绽媒。這時(shí),文件A就稱(chēng)為文件B的"軟鏈接"(soft link)
或者"符號(hào)鏈接(symbolic link)免猾。
這意味著是辕,文件A依賴于文件B而存在,如果刪除了文件B猎提,打開(kāi)文件A就會(huì)報(bào)錯(cuò):"No such file or directory"获三。這是軟鏈接與硬鏈接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode號(hào)碼锨苏,文件B的inode"鏈接數(shù)"不會(huì)因此發(fā)生變化疙教。ln -s命令可以創(chuàng)建軟鏈接,語(yǔ)法為:

ln source_file target_file
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