柳大的Linux游记·基础篇（2）Linux文件系统的inode
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要想理解Linux文件系统，首先要理解的就是inode。什么是inode？往下看吧。
1、Linux文件系统的最基本数据结构：inode和block
（1）背景
由于Linux系统是多用户多的，所以文件系统类型多样化是在所难免的。从ext2开始，是将文件属性和文件内容分开存储的，分别由inode和block来负责。
（2）inode
用于存储文件的各属性，包括：
- 所有者信息：文件的owner，group；
- 权限信息：read、write和excite；
- 时间信息：建立或改变时间（ctime）、最后读取时间（atime）、最后修改时间（mtime）；
- 标志信息：一些flags；
- 内容信息：type，size，以及相应的block的位置信息。
注意：不记录文件名或目录名，文件名或目录名记录在文件所在目录对应的block里。
（3）block
用来存储文件的内容。
（4）创建目录或文件
当创建一个目录时，文件系统会为该目录分配一个inode和至少一个block。该inode记录该目录的属性，并指向那块block。该block记录该目录下相关联的文件或目录的关联性和名字。
当创建一个文件时，文件系统会为该文件分配至少一个inode和与该文件大小相对应的数量的block。该inode记录该文件的属性，并指向block。
如果一个目录中的文件数太多，以至于1个block容纳不下这么多文件时，Linux的文件系统会为该目录分配更多的block。
（各block之间形成链表？）
（5）读取目录或文件
当我们告知操作系统一个文件的路径后，操作系统是如何找到这个文件的呢？首先操作系统会调用文件系统的相应接口，接下来：
递归说法：当读取一个文件或目录X时，提供给文件系统的是一个路径P。文件系统会先读取X所在的目录D的inode_d（注意这里，其实是这一操作的递归过程），通过inode_d获得其对应的block_d，在block_d中通过已知的X的名称，查询到X的inode_x。
迭代说法；如果读取的是/x1/x2/x3/x4/x5这个文件，则先读取根目录的inode_root，然后找到inode_root对应的block_root，在block_root中根据x1这个名字找到x1对应的inode_x1，然后找到inode_x1对应的block_x1，在block_x1中根据x2这个名字找到inode_x2，再找到block_x2，然后根据x3找到inode_x3，再block_x3，根据x4找到inode_x4，再block_x4，再根据x5找到inode_x5，再block_x5，就读取到我们要的x5的内容了。
2、分区
（1）分区结构
分区（partition）在被Linux的文件系统（比如ext2）格式化的时候，会分成inode table和block table两部分，且大小都是固定的。该分区的所有inode都在inode table里，所有block都在block table里。
（2）块大小
ext2允许的block size为1024bytes、2048bytes和4096bytes。
（3）inode大小
ext2一般默认给inode预设的大小为128bytes。
（4）预设分区
一个T bytes的分区，设定每个block为B bytes，每个inode为I bytes。如果假设平均每个文件占用两个block的话，那么inode的数量就应该设定为T/(B+I)个，即inode table为T*I/(B+I) bytes，block table为T*B/(B+I) bytes。所以一个分区的文件系统所能容纳的文件数量，被限制于该分区的文件系统的inode area中的inode数。
如果一个分区大小为1GB，每个block为4KB，一个inode为128B，并假设平均每个文件占用2个block。那么inode的数量为1GB/(8KB+128B)=129055.5，即129055。那么inode table的大小为129055*128B=15.75MB。所以按照这样的规划，如果一个1GB的磁盘，那么格式化后，就已经有15.75MB被使用了。
大文件应用场景：block设置的小一些，inode设置的多一些。比如新闻组、BBS等。
小文件应用场景：block设置的大一些，inode设置的少一些。比如图片分享网站。
3、查看本机的文件系统信息
使用dumpe2fs命令可以查看分区的文件系统的相关信息。比如我在我的一台测试机上查看sda1，可以输入：
dumpe2fs /dev/sda1
会得到如下内容，一些信息已经标注在注释里了。
（1）文件系统基本信息
#该分区的文件系统的名称
Filesystem volumn name: MAIN
#上次的挂载点
Last mounted on: <not available>
#文件系统的通用唯一标识符
Filesystem UUID: <none>
#文件系统的
Filesystem magic number: 0xEF53
#修订版本号
Filesystem revision #: 1 (dynamic)
Filesystem features: has_journal needs_recovery
Filesystem flags: signed_directory_hash
Default mount options: (none)
#文件系统状态
Filesystem state: clean
#发生错误后的行为
Errors behavior: Continue
#操作系统
Filesystem OS type: Linux
（2）结构信息
#Inode总数
Inode count: 1313312
#Block总数
Block count: 1313305
#保留block数
Reserved block count: 65665
#空闲block数
Free blocks: 979164
#空闲inode数
Free inodes: 1298415
#第一个block的编号
First block: 0
#block的大小
Block size: 4096
#fragment的大小
Fragment size: 4096
#每个group的block数是32K个
Blocks per group: 32768
#每个group的fragment数是32K个
Fragments per group: 32768
#每个group的inode数
Inodes per group: 32032
#每个group的inode blocks
Inode blocks per group: 1001
（3）访问信息
#上次挂载时间
Last mount time: Wed Jan 25 00:32:14 2012
#上次写时间
Last write time: Wed Jan 24 00:32:14 2012
#挂载数
Mount count: 11
#最大挂在数
Maximum mount count: 20
#上次检查文件系统时间
Last checked: Sat Oct 31 22:52:33 2009
#检查文件系统时间间隔
Check intervalle: 15552000 (6 months)
#下一次检查文件系统的时间
Next check after: Thu Apr 29 22:52:33 2010
#对保留块有权限的用户ID
Reserved blocks uid: 0 (user root)
#对保留快有权限的组ID
Reserved blocks gid: 0 (group root)
#第一个inode
First inode: 11
#每个inode大小
Inode size:128
#日志inode
Journal inode: 8
#日志大小为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
可见，各Group对应的blocks（注意每个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
这40个group一共的大小，是40*32K*4KB = 5GB
4、文件系统结构
结合上面命令的输出结果，一个分区一般含有多个block group，比如上面看到的40个。而每个block group都有superblock、group description、block bitmap、inode bitmap、inode table、data blocks，比如上面的Backup Superblock占用1个block（4KB）、Group descriptors占用1个block（4KB）、Block bitmap占用1个block（1KB）、Inode bitmap占用1个block（1KB）、Inode table占用1001个block（512.5KB）。
Superblock记录整个block和inode的总量，已使用和未使用的inode和block的数量，1个block和1个inode的大小，filesystem的挂载时间/最后写入时间/最后检查时间、标示该文件系统是否被挂载的valid bit（0标示未挂载，1标示已挂载）。
Group descriptors描述由何处开始记录数据。
Block bitmap记录哪个block是空闲的。
Inode bitmap记录哪个inode是空闲的。
Inode table存放inode数据。
Data blocks存放block数据。
如下图：
谢谢分享
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