Linux文件存儲結構，包括目錄項、inode、數據塊

大部分的Linux文件系統（如ext2、ext3）規定，一個文件由目錄項、inode和數據塊組成：

目錄項：包括文件名和inode節點號。

Inode：又稱文件索引節點，包含文件的基礎信息以及數據塊的指針。

數據塊：包含文件的具體內容。

先說inode

理解inode，要從文件儲存說起。文件儲存在硬盤上，硬盤的最小存儲單位叫做"扇區"（Sector），每個扇區儲存512字節（相當於0.5KB）。操作系統讀取硬盤的時候，不會一個扇區一個扇區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取一個"塊"（block）。這種由多個扇區組成的"塊"，是文件存取的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4KB，即連續八個 sector組成一個 block。

文件數據都儲存在"塊"中，那麼很顯然，我們還必須找到一個地方儲存文件的元信息，比如文件的創建者、文件的創建日期、文件的大小等等。這種儲存文件元信息的區域就叫做inode，中文譯名為"索引節點"。

inode包含文件的元信息，具體來說有以下內容：

文件的字節數。

文件擁有者的User ID。

文件的Group ID。

文件的讀、寫、執行權限。

文件的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指文件內容上一次變動的時間，atime指文件上一次打開的時間。

鏈接數，即有多少文件名指向這個inode。

文件數據block的位置。

可以用stat命令，查看某個文件的inode信息：

stat demo.txt

總之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至於為什麼沒有文件名，下文會有詳細解釋。

當查看某個文件時，會先從inode表中查出文件屬性及數據存放點，再從數據塊中讀取數據。

請看文件存儲結構示意圖：

inode的大小

inode也會消耗硬盤空間，所以硬盤格式化的時候，操作系統自動將硬盤分成兩個區域。一個是數據區，存放文件數據；另一個是inode區（inode table），存放inode所包含的信息。

每個inode節點的大小，一般是128字節或256字節。inode節點的總數，在格式化時就給定，一般是每1KB或每2KB就設置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中，每個inode節點的大小為128字節，每1KB就設置一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，占整塊硬盤的12.8%。

查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量，可以使用df -i 命令。

查看每個inode節點的大小，可以用如下命令：

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

由於每個文件都必須有一個inode，因此有可能發生inode已經用光，但是硬盤還未存滿的情況。這時，就無法在硬盤上創建新文件。

inode號碼

每個inode都有一個號碼，操作系統用inode號碼來識別不同的文件。這裡值得重復一遍，Linux系統內部不使用文件名，而使用inode號碼來識別文件。對於系統來說，文件名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。表面上，用戶通過文件名，打開文件。實際上，系統內部這個過程分成三步：首先，系統找到這個文件名對應的inode號碼；其次，通過inode號碼，獲取inode信息；最後，根據inode信息，找到文件數據所在的block，讀出數據。

使用ls -i命令，可以看到文件名對應的inode號碼，例如：

ls -i demo.txt

目錄項

Linux系統中，目錄（directory）也是一種文件。打開目錄，實際上就是打開目錄文件。

目錄文件的結構非常簡單，就是一系列目錄項（dirent）的列表。每個目錄項，由兩部分組成：所包含文件的文件名，以及該文件名對應的inode號碼。

ls命令只列出目錄文件中的所有文件名：

ls /etc

ls -i命令列出整個目錄文件，即文件名和inode號碼：

ls -i /etc

如果要查看文件的詳細信息，就必須根據inode號碼，訪問inode節點，讀取信息。ls -l命令列出文件的詳細信息。

ls -l /etc

硬鏈接和軟鏈接

硬鏈接

一般情況下，文件名和inode號碼是"一一對應"關系，每個inode號碼對應一個文件名。但是，Linux系統允許，多個文件名指向同一個inode號碼。這意味著，可以用不同的文件名訪問同樣的內容；對文件內容進行修改，會影響到所有文件名；但是，刪除一個文件名，不影響另一個文件名的訪問。這種情況就被稱為"硬鏈接"（hard link）。

ln命令可以創建硬鏈接，語法為：

ln source_file target_file

運行上面這條命令以後，源文件與目標文件的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode信息中有一項叫做"鏈接數"，記錄指向該inode的文件名總數，這時就會增加1。反過來，刪除一個文件名，就會使得inode節點中的"鏈接數"減1。當這個值減到0，表明沒有文件名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域。

這裡順便說一下目錄文件的"鏈接數"。創建目錄時，默認會生成兩個目錄項："."和".."。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼，等同於當前目錄的"硬鏈接"；後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼，等同於父目錄的"硬鏈接"。所以，任何一個目錄的"硬鏈接"總數，總是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）,這裡的2是父目錄對其的“硬鏈接”和當前目錄下的".硬鏈接“。

軟鏈接

除了硬鏈接以外，還有一種特殊情況。文件A和文件B的inode號碼雖然不一樣，但是文件A的內容是文件B的路徑。讀取文件A時，系統會自動將訪問者導向文件B。因此，無論打開哪一個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱為文件B的"軟鏈接"（soft link）或者"符號鏈接（symbolic link）。這意味著，文件A依賴於文件B而存在，如果刪除了文件B，打開文件A就會報錯："No such file or directory"。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號碼，文件B的inode"鏈接數"不會因此發生變化。

ln -s命令可以創建軟鏈接，語法為：

ln source_file target_file