柳大的Linux遊記·基礎篇（2）Linux文件系統的inode
柳大的Linux遊記·基礎篇（2）Linux文件系統的inode
《柳大的Linux遊記·基礎篇》來自柳大的CSDN博客，轉載請註明原文鏈接：http://blog.csdn.net/poechant/article/details/7214926
要想理解Linux文件系統，首先要理解的就是inode。什麼是inode？往下看吧。
1、Linux文件系統的最基本數據結構：inode和block
（1）背景
由於Linux系統是多用戶多的，所以文件系統類型多樣化是在所難免的。從ext2開始，是將文件屬性和文件內容分開存儲的，分別由inode和block來負責。
（2）inode
用於存儲文件的各屬性，包括：
- 所有者信息：文件的owner，group；
- 許可權信息：read、write和excite；
- 時間信息：建立或改變時間（ctime）、最後讀取時間（atime）、最後修改時間（mtime）；
- 標誌信息：一些flags；
- 內容信息：type，size，以及相應的block的位置信息。
注意：不記錄文件名或目錄名，文件名或目錄名記錄在文件所在目錄對應的block里。
（3）block
用來存儲文件的內容。
（4）創建目錄或文件
當創建一個目錄時，文件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文件或目錄的關聯性和名字。
當創建一個文件時，文件系統會為該文件分配至少一個inode和與該文件大小相對應的數量的block。該inode記錄該文件的屬性，並指向block。
如果一個目錄中的文件數太多，以至於1個block容納不下這麼多文件時，Linux的文件系統會為該目錄分配更多的block。
（各block之間形成鏈表？）
（5）讀取目錄或文件
當我們告知操作系統一個文件的路徑后，操作系統是如何找到這個文件的呢？首先操作系統會調用文件系統的相應介面，接下來：
遞歸說法：當讀取一個文件或目錄X時，提供給文件系統的是一個路徑P。文件系統會先讀取X所在的目錄D的inode_d（注意這裡，其實是這一操作的遞歸過程），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這個文件，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、分區
（1）分區結構
分區（partition）在被Linux的文件系統（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。該分區的所有inode都在inode table里，所有block都在block table里。
（2）塊大小
ext2允許的block size為1024bytes、2048bytes和4096bytes。
（3）inode大小
ext2一般默認給inode預設的大小為128bytes。
（4）預設分區
一個T bytes的分區，設定每個block為B bytes，每個inode為I bytes。如果假設平均每個文件佔用兩個block的話，那麼inode的數量就應該設定為T/(B+I)個，即inode table為T*I/(B+I) bytes，block table為T*B/(B+I) bytes。所以一個分區的文件系統所能容納的文件數量，被限制於該分區的文件系統的inode area中的inode數。
如果一個分區大小為1GB，每個block為4KB，一個inode為128B，並假設平均每個文件佔用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，那麼格式化后，就已經有15.75MB被使用了。
大文件應用場景：block設置的小一些，inode設置的多一些。比如新聞組、BBS等。
小文件應用場景：block設置的大一些，inode設置的少一些。比如圖片分享網站。
3、查看本機的文件系統信息
使用dumpe2fs命令可以查看分區的文件系統的相關信息。比如我在我的一台測試機上查看sda1，可以輸入：
dumpe2fs /dev/sda1
會得到如下內容，一些信息已經標註在註釋里了。
（1）文件系統基本信息
#該分區的文件系統的名稱
Filesystem volumn name: MAIN
#上次的掛載點
Last mounted on:
#文件系統的通用唯一標識符
Filesystem UUID:
#文件系統的
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)
#文件系統狀態
Filesystem state: clean
#發生錯誤后的行為
Errors behavior: Continue
#操作系統
Filesystem OS type: Linux
（2）結構信息
#Inode總數
Inode count: 1313312
#Block總數
Block count: 1313305
#保留block數
Reserved block count: 65665
#空閑block數
Free blocks: 979164
#空閑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）訪問信息
#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
#上次檢查文件系統時間
Last checked: Sat Oct 31 22:52:33 2009
#檢查文件系統時間間隔
Check intervalle: 15552000 (6 months)
#下一次檢查文件系統的時間
Next check after: Thu Apr 29 22:52:33 2010
#對保留塊有許可權的用戶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信息
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、文件系統結構
結合上面命令的輸出結果，一個分區一般含有多個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、標示該文件系統是否被掛載的valid bit（0標示未掛載，1標示已掛載）。
Group descriptors描述由何處開始記錄數據。
Block bitmap記錄哪個block是空閑的。
Inode bitmap記錄哪個inode是空閑的。
Inode table存放inode數據。
Data blocks存放block數據。
如下圖：
《解決方案》
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