Linux中的inode到底是啥

Posted 2023-04-26

参考技术A 要了解 Linux 操作系统上的 inode 前，我们先来说说 Linux操作系统上的文件。对于 Linux 操作系统而言，[一切皆文件]。而文件是无法独立于存储介质(这里指的是物理磁盘或内存、闪存等)存在的，一切操作系统上的文件都无时无刻不在和存储介质打交道。

例如，读取文件时需要将文件从磁盘中加载到内存中，当文件操作结束后，文件又会被存储到磁盘中。那么，既然文件要被存储到磁盘中，而磁盘是有容量限制的，那么也就是说磁盘上能存放的物理文件的数量是有限的。

如果你已经理解了这一个观点，那么恭喜你，你大体上已经知道了 inode 是干什么的。

没错， inode 是用来标识操作系统的文件的一个特征描述，而且操作系统上的 inode 并非无穷无尽，通常在你安装操作系统后，系统上的 inode 数量就已经确定了下来(不过，你可以动态修改 inode 的数量)。

你可以通过 sysctl -a 查询系统上的 inode 数量。

如上， fs.inode-nr 中的 70212 标识当前操作系统已分配的 inode 数量；21785 表示单前操作系统剩余空闲的 inode 数量

刚刚说过， inode 是用来标识文件的一个特征，这是为什么呢？

Linux 系统为每一个文件都分配了一个 inode 编号，这个编号中记录了文件相关的一些元信息，通过这些元信息可以用来唯一标识一个文件。

你可以通过 ls -i 查看任意一个文件的 inode 编号

而要查看文件的元信息，你需要使用 stat filename

如上，即为一个文件的 inode 信息。这其中包含：

事实上，刚刚通过 stat logrotate.man 中还包括一个字段 硬链接：1 。

为什么硬链接会出现在 inode 信息中？

一般情况下，操作系统中一个文件对应一个 inode ，但是这种规则却不适用于 硬链接 文件。盖因Linux操作系统上，允许多个文件指向同一个 inode 编号。(参考自： 理解inode - 阮一峰的网络日志 (ruanyifeng.com) )

硬链接场景下，可以使用不同的文件名访问同一个文件的内容，对文件内容、属性等的修改会传递到其他文件。但删除一个链接文件，并不影响其他文件的访问。

例如，建立 logrotate.man 的硬链接文件

建立硬链接后，通过 stat 可以看到 硬链接的数量变为 2 了。

这个时候我们删除原始的链接文件，查看链接后的文件内容

删除硬链接的原始文件后，可以成功读取链接后的文件内容，此时，硬链接数量又变为了 1。

出现这种情况的原因在于，硬链接实际上是对文件增加了一个索引，这个索引指向文件的 inode 编号。当硬链接的数量大于 1 时，说明该文件除去自身外，还有多个硬链接。当硬链接的数量等于 0 时，此时操作系统已经没有任何文件指向该 inode ，也即是操作系统会回收 inode 。

事实上，每删除一个文件，是对该文件硬链接数的「减一」操作。当文件的硬链接数归 0 时，这个文件会被操作系统彻底清除掉。

最后，通常情况下，操作系统分配的 inode 数量是完全够用的，但出于一些程序或人为的意外可能会导致操作系统的 inode 溢出，你可以通过 df -ih 查看系统分区下 inode 的使用情况以便及时作出应对措施。

计算机中的“句柄”到底是啥意思呢

https://www.cnblogs.com/Nick-Hu/p/7154197.html 里提到：

所谓句柄，实际上是一个数据，是一个 long （长整型）的数据。句柄是windows用来标识被应用程序所建立或使用的对象的唯一整数。 但是人家想了解的是，linux 中的句柄又是啥意思呢？

https://www.orchome.com/518

1. 句柄就是一个标识符，只要获得对象的句柄，我们就可以对对象进行任意的操作。

2. 句柄不是指针，操作系统用句柄可以找到一块内存，这个句柄可能是标识符，map的key, 也可能是指针，看操作系统怎么处理的了。fd算是在某种程度上替代句柄吧；linux 有相应机制，但没有统一的句柄类型，各种类型的系统资源由各自的类型来标识，由各自的接口操作。

粗暴的解释：

最早的windows开发书籍，handle 是被翻译成 “把手” 的。虽然不好听，但是个人认为非常传神。

• 虽然你握住的只是把手，却能拉动整扇门，而且你根本不用在意那门长什么样子
• 一扇门如果有多个把手，被不同的人（进程）握住，门往哪儿走就不好说了

设计这么一个句柄的原因在于 句柄可以防止用户随意读写操作系统内核的文件对象 。 无论是linux 还是windows, 文件句柄总是和内核的文件对象相关联的，但如何关联细节用户并不可见。内核可以通过句柄计算出内核文件对象的地址，但此能力并不对用户开放。

在linux中的句柄

在linux系统设计里面遵循一切都是文件的原则，即磁盘文件、目录、网络套接字、管道等，所有这些都是文件，在我们进行打开的时候会返回一个fd, 即是文件句柄。如果频繁的打开文件，或者打开网络套接字而忘记释放就会有句柄泄漏的现象。在linux系统中对进程可以调用的文件句柄数进行了限制，在默认情况下每个进程可以调用的最大句柄数是1024个，如果超出了这个限制，进程将无法获得新的句柄，从而导致不能打开新的文件或者网络套接字，对于线上服务器即会出现服务被拒绝的情况。

下面举一个实际的例子，在linux中，值为0,1,2的fd分别代表标准输入、标准输出和标准错误输出。在程序中打开文件得到的fd从3开始增长。fd具体是什么呢？在内核中，每一个进程都有 一个私有的“打开文件表”，这个表是一个指针数组，每一个元素都指向一个内核的打开文件对象。而fd， 就是这个表的下标。当用户打开一个文件时，内核会在内部生成一个打开文件对象，并在这个表里找到一个空项，让这一项指向生成的打开文件对象，并返回这一项的下标作为fd。由于这个表处于内核，并且用户无法访问到，因此用户即使拥有fd，也无法得到打开文件对象的地址，只能够通过系统提供的函数来操作。

在程序设计中，句柄是一种特殊的智能指针。当一个应用程序要应用其他系统（如数据库、操作系统）所管理的内存块或对象时，就要使用句柄。

句柄与普通指针的区别在于，指针包含的是引用对象的内存地址，而句柄则是由系统所管理的引用标识，该标识可以被系统重新定位到一个内存地址上。这种间接访问对象的模式增强了系统对引用对象的控制。