Linux下对inode和块的理解

Posted 2020-12-04 心之所动，就随风去吧

基本概念

首先讲下inode和块的基本概念。在Linux系统中，文件由元数据和数据块组成。数据块就是多个连续性的扇区（sector），扇区是文件存储的最小单位（每个512字节）。块（block）的大小，最常见的是4KB，也就是连续8个sector组成，存储文件数据和目录数据。而元数据用来记录文件的创建者、创建日期、大小等，这种存储文件元数据信息的区域叫做inode，即索引节点。

由于inode也是用来存储文件相关属性信息的，所以也会消耗硬盘空间。具体包含的信息有inode号，文件的字节数、User ID、Group ID、读、写、执行权限、时间戳（共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间）、链接数（软硬链接）、数据block的位置，注意没有文件名。

在硬盘格式化的时候，操作系统就会将硬盘分为两个区，即数据区和inode区。每个inode节点的大小一般为128B或者256B，inode的总数在格式化文件系统的时候就已经确定。

另外还有几个概念了解一下：

inode Bitmap：即inode位图，用二进制的方式记录了inode的使用情况， 比如inode是否空闲等。

Block Bitmap：即块位图，同Inode Bitmap，用二进制方式记录了块的使用情况。当查找或创建文件时，会扫描此位图来寻找空闲的inode号对应的块。

super block：超级块包含了该硬盘或分区上的文件系统的整体信息，如文件系统的大小等。

dentry：在内核中起到了连接不同的文件对象inode的作用，进而起到了维护文件系统目录树的作用。dentry是一个纯粹的内存结构，由文件系统在提供文件访问的过程中在内存中直接建立。dentry中包含了文件名，文件的inode号等信息。

下图为文件系统inode区block区图：

 

文件的查找、创建、删除原理

接下来对文件的查找、创建、删除原理三个方面来对inode和块的理解。

文件的查找：比如要查找/var/log/message

文件的创建：比如要创建/backup/test.txt（前提backup目录存在）

文件的删除：删除/backup/test.txt

 

查找

    

 

1. 首先根目录（目录也是个文件，不是容器！也可以理解为路径的映射表）会自引用。找到inode表中对应的条目。（暂且把inode表中inode号和其对应的块信息成为条目）
2. inode表中对应的信息指向根目录对应的块，其中有var目录对应的信息和inode号。
3. 系统根据var目录inode号回头找到inode表中var目录其对应的条目。
4. 根据var目录对应的块信息找到对应的块，其中有log目录对应的信息和inode号。
5. 系统又根据log目录inode号在inode表中找到其对应的条目。
6. 根据log目录对应的块信息找到对应的块，其中有messages文件。
7. 根据messages文件的inode号在inode表中找到其对应的条目。
8. 最后系统根据messages对应的条目信息告诉我们messages文件对应了多少的块，最后给我们呈现的就是所看到的数据。

 

创建

 

1. 首先扫描inode位图，找空闲的inode号，找到之后占用。
2. 根目录自引用找到inode表中对应的条目，并根据条目找到对应的块。
3. 依据根目录对应的块中backup目录对应的inode号，回头找到inode表中条目。
4. inode表中条目又找到对应的块，在这个块的dentry中新建了一个文件test.txt。
5. 然后在最开始扫描占用的inode号给到此test.txt文件。

    

当要存数据给test.txt文件时，会进行如下：

系统扫描块位图（加速查找磁盘空闲块，记录是否空闲等），找到空闲块，分配大于数据大小的块，最后再回收（避免磁盘碎片）。比如要创建10k大小的test.txt文件，一个块4k，只需要3个块，系统分配4个或者多于，最后再去把这多余的块分配到空闲块中等待使用。

 

 

删除

当要删除一个文件时，其实就是把其使用的block位图标记为空闲，inode位图的相关位置成空，相当于不被占用，系统就认为此文件删除。但是数据还在，在下次创建文件时，就可覆盖原已清空block位图和inode位图的文件的数据。

文件粉粹也只是使用一些随机数据填充进原来文件的数据块中，导致文件难以恢复。

 

以上