索引节点 inode & cp、mv、rm

inode 原理解析

文件系统除了文件内容（file content）之外，还依赖于描述这些文件的数据结构（data structures），即元数据metadata。每个文件都会分配一个inode，每个inode都有一个编号inode number。

Inode存储了文件相关信息，如必备属性（by POSIX）：    *   Size    *   DeviceID    *   UserID    *   GroupID    *   file access mode：文件类型及拥有者owner、群组group、其他人对文件的操作权限    *   Timestamps：atime（access time），ctime（change time），mtime（modify time）    *   link count：统计指向文件的硬链接（hard links）数量    *   Pointers：指向磁盘上存储文件内容的数据库块(blocks)地址上述信息可以用 stat 命令获取文件的inode号及inode中的信息，即该文件的状态描述信息。

[root@centos7 testdir]# stat aa
  File: ‘aa’
  Size: 0         	Blocks: 0          IO Block: 4096   regular empty file
Device: 805h/2053d	Inode: 131         Links: 1Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Context: unconfined_u:object_r:etc_runtime_t:s0
Access: 2016-07-30 14:16:14.343586884 +0800Modify: 2016-08-01 16:44:29.000000000 +0800Change: 2016-07-30 14:17:58.446580298 +0800
 Birth: -

通过df -i 命令可以查看每个硬盘分区的inode 总数和已经使用的数量。

[root@centos7 testdir]# df -iFilesystem        Inodes  IUsed     IFree IUse% Mounted on
/dev/sda2      104857600 120034 104737566    1% /
devtmpfs          229977    389    229588    1% /dev
tmpfs             233586      7    233579    1% /dev/shm
tmpfs             233586    560    233026    1% /run
tmpfs             233586     13    233573    1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda5       20971520     11  20971509    1% /testdir
/dev/sda1         204800    330    204470    1% /boot
tmpfs             233586     21    233565    1% /run/user/0/dev/sr0               0      0         0     - /run/media/root/CentOS 7 x86_64

在实际中可能会遇到磁盘满了的警告，此时应同时使用 df -i 和 df -h 命令来查看原因究竟是inode达到上限还是空间不足导致的。

通过 ls -i 命令可以查看每个文件/目录的inode num等。

在很多系统中，inode number在系统初建时就有一个固定的最大值，这也限制了文件系统的文件数量。通常inode大概会暂用1%的磁盘空间。

inode number 是磁盘确定位置上存储的inode table的索引。通过inode number，内核驱动可以获取inode存储的内容，包括文件存储位置。

说明：
    *   inode 不存储文件名，仅包含上述其他元数据metadata
    *   目录 实际上是一个复合结构的映射列表，其中每条信息都包含了 filename 及其对应的 inode number
    *   驱动 先到文件夹中找到 filename，再将 filename 转换为inode number
    *   每个分区有自己独立inode table，因此inode num在不同的磁盘分区上是可重复的，但在同一分区内是唯一的

inode的结构和工作模式如下：
In the past, the structure may have consisted of eleven or thirteen pointers, but most modern file systems use fifteen pointers. These pointers consist of (assuming 15 pointers in the inode):
    *   Twelve pointers that directly point to blocks of the file's data (direct pointers)
    *   One singly indirect pointer (a pointer that points to a block of pointers that then point to blocks of the file's data)
    *   One doubly indirect pointer (a pointer that points to a block of pointers that point to other blocks of pointers that then point to blocks of the file's data)
    *   One triply indirect pointer (a pointer that points to a block of pointers that point to other blocks of pointers that point t

cp & inode

1. 执行cp命令时，系统会找到一个可用的inode number，然后将数据写入到inode table 
2. 新增一个目录项，将文件名映射到inode number上 
3. 当inode number和inode table处理好了之后，系统才会将文件内容复制到新增的文件中

rm & inode

1. 系统会减去文件的link count数字，然后将对应的inode number标记为可使用
    例如：aa 的 link count=1，当rm -rf aa后，aa 的 link count=0，其所对应的inode number也被回收标为可用2. 文件数据使用的block也会打上可以使用的“标签”（在blockgroup的bitmap中标识为1）3. 移除文件名称和目录项
注意：
    rm并不会真正删除数据，仅当有新的内容写入或格式化磁盘时，数据块中的数据才会丢失。

mv & inode

• 同一分区：不影响inode table（除了Timestamps）和 blocks，数据不移动

1. 创建新的目录项，增加新的文件名与inode的映射关系

2. 删除原有映射关系的目录项

不同分区：相当于cp & rm

软连接（symbolic link）

符号连接（软连接）指向了另一个文件，其本身有单独的inode num。（内部机制如何待查！）

特性：    1. 可跨分区创建软连接；    2. 可对目录创建软连接；    3. 修改/查看软连接，都实际上操作的是软连接指向的源文件；    4. 不会导致源文件 link count 的变化；

创建：    cp -s source dest    ln -s source dest

硬连接（hard link）

硬连接是有着 相同inode number 和 不同filename 的文件。

特性：    1. 文件有相同的 inode 及 data block；    2. 只能对已存在的文件进行创建；    3. 不能跨分区或驱动器创建硬链接（因为每个独立分区有自己独立的inode table）；    4. 不能对目录进行创建，只可对文件创建；    5. 删除一个硬链接文件并不影响其他有相同 inode number的文件；    6. 创建后，源文件和硬连接文件的link count都增加；    7. 硬连接的文件类型表现为普通文件；    8. 修改硬连接/源文件内容后，查看任何一个都能看到修改；
    
创建：
    link filename linkname 
    ln   filename linkname

file 检查文件类型

• 语法

  file [options...] [file...]

• 参数说明

-b	列出文件辨识结果时，不显示文件名称。
-c	详细显示指令执行过程，便于排错或分析程序执行
-f	列出文件中文件名的文件类型
-F	使用指定分隔符号替换输出文件名后默认的”:”分隔符
-i	输出mime类型的字符串
-L	查看对应软链接对应文件的文件类型
-z	尝试去解读压缩文件的内容

• 示例

[root@centos7 testdir]# file -b aaASCII text

[root@centos7 testdir]# file -c aacont	offset	type	opcode	mask	value	desc

[root@centos7 testdir]# echo /root > aa[root@centos7 testdir]# file -f aa/root: directory
[root@centos7 testdir]# file -F "@" aaaa@ ASCII text

[root@centos7 testdir]# file -i aaaa: text/plain; charset=us-ascii

[root@centos7 testdir]# file dddd: symbolic link to `aa'
[root@centos7 testdir]# file -L dddd: ASCII text

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参考文档

1. 理解 Linux 的硬链接与软链接

2. inode

3. inode pointer structure

4. inode、block