Inode linux что это такое

Роль Inode в файловых системах Linux

Оригинал: Inodes and the Linux filesystem
Автор: Tyler Carrigan (Red Hat)
Дата публикации: 9 июня 2020 г.
Перевод: В.Костромин
Дата перевода: 15 июня 2020 г.

Понять строение файловых систем Linux довольно сложно, особенно когда вы погружаетесь в хитросплетение данных и метаданных. Каждый раз, когда вы запускаете команду ls и видите вывод — перечисление файлов, разрешения, владельцев и т.д. — вы должны понимать, что данные о просматриваемых файлах хранятся где-то отдельно от самих файлов и должны вызываться при обращении к файлу. Иноды усердно работают «за кадром», выполняя работу, которую вы не видите. Давайте же посмотрим, что же такое inode и для чего он нужен.

Что такое inode?

Inode – это сокращение от «index node», по-русски – индексный узел. По сути он представляет собой уникальную порцию метаданных в заданной файловой системе. Эта порция метаданных описывает то, что мы называем файлом. Иноды относятся только к определенной файловой системе, не касаясь других. Как ни странно это может показаться, но все иноды хранятся в общей таблице и это иногда вызывает недоумение. Однако каждая файловая система, смонтированная на вашем компьютере, имеет свои собственные inode. Номер inode может использоваться более одного раза, но никогда не может дважды использоваться одной и той же файловой системой. Идентификатор файловой системы в сочетании с номером инода создает уникальную идентификационную метку.

Сколько существует инодов?

Если вы не хотите связываться с математикой, вы можете пропустить этот раздел. В каждой системе имеется множество inode и есть несколько относящихся к ним числовых значений, которые нужно знать. Прежде всего, хотя это и менее важно, теоретическое максимальное число inode равно 2 ^ 32 (приблизительно 4,3 миллиарда inode). Во-вторых, что гораздо важнее, это число inode в вашей системе. Как правило, количество inode составляет 1:16 от объема файловой системы в КБ. Очевидно, что каждая система отличается, поэтому вам нужно рассчитать это значение самостоятельно.

Команды для работы с inode

Есть хорошая новость для тех, кто не любит математику: для этого есть специальная команда. Чтобы узнать количество inode в вашей системе, вы можете использовать команду df с опцией -i , как показано здесь:

Вы можете видеть, что в этом примере мы запустили команду df -i на файловой системе /dev/sda1 . В этой системе всего имеется 524 288 инодов, но только 312 из них используется (примерно 1%).

Номер inode файла

Мы также можем узнать номер inode конкретного файла. Для этого можно использовать команду ls -i с указанием нужного файла. Например:

Номер inode этого файла — 1459027.

Номер inode каталога

Подобно тому, как мы узнали номер inode файла, мы можем посмотреть и номер inode каталога. Для этого снова используем команду ls -i с некоторыми дополнительными опциями. Например:

Как вы можете видеть, мы использовали опцию -i (inodes), а также -l (long format) и -d (directory). Применение этих флажков позволяет нам получить множество информации о каталоге my_articles, включая номер inode, разрешения, владельцы и т.д.

Подведем итог

Если вы хотите узнать больше о файловых системах и их структурах, то inode — это отличная тема для начала. Очень важно знать как помечаются и индексируются самые маленькие единицы данных. Некоторые из более продвинутых операций могут быть выполнены с помощью inode. Например, вы можете открыть индекс и прочитать содержимое файла. Это позволит вам более глубоко понять, какие данные хранятся в inode.

Надеммся, что этот поверхностный обзор послужит для вас отправной точкой для более глубокого изучения inode.

Tyler Carrigan

Tyler работает менеджером в Enable Sysadmin, является ветераном подводного флота и энтузиастом новых технологий! Он впервые познакомился с Red Hat в 2012 году при использовании основанной на Red Hat Enterprise Linux боевой системы в Центре управления ракетами на подводной лодке USS Georgia.

Источник

Что такое иноды в Linux и как они используются?

Все в Linux считается файлом для обеспечения согласованности. Это включает в себя аппаратные устройства, принтеры, каталоги и процессы. Обычные файлы, такие как музыка, текст, видео и другие мультимедийные файлы, также имеют дополнительные данные, связанные с ними, называемые метаданными.

Что такое иноды в Linux? Записи Inode являются основой файловой системы Linux. Они управляют метаданными о файле и являются неотъемлемой частью внутренней работы Linux.

Какова структура файловой системы?

Файловая система разделена на две части — блоки данных и inode. Количество блоков фиксируется после создания и не может быть изменено.

Имя, путь, местоположение, ссылки и другие атрибуты файла не находятся в каталоге. Каталоги — это просто таблицы, которые содержат имена файлов с соответствующим номером инода.

Вы можете создать жесткую ссылку, в результате чего для одного файла будет более одного имени. Когда вы создаете жесткую ссылку, он также создает новое имя в таблице с индексом, но не перемещает файл.

Если бы вы переместили большой файл, это заняло бы много времени. Более эффективно создать запись имени в новом каталоге и удалить старую запись. Вы также можете переименовать файлы таким же образом.

Верхняя часть иерархии — это сама файловая система. Внутри файловой системы находятся имена файлов. Имена файлов ссылаются на иноды. Индексы ссылаются на физические данные.

Что такое Inode в Linux?

Индод — это структура данных. Он определяет файл или каталог в файловой системе и хранится в записи каталога. Иноды указывают на блоки, которые составляют файл. Индод содержит все административные данные, необходимые для чтения файла. Метаданные каждого файла хранятся в inode в табличной структуре.

При использовании программы, которая ссылается на файл по имени, система ищет файл записи каталога, в котором он существует, чтобы получить соответствующий индекс. Это дает вашей системе данные файла и информацию, необходимую для выполнения процессов или операций.

Иноды обычно расположены в начале раздела . Они хранят всю информацию, связанную с файлом, кроме имени файла и фактических данных. Все файлы в любом каталоге Linux имеют имя файла и номер индекса. Пользователи могут получить метаданные для файла, ссылаясь на номер инода.

Имена файлов и номера индексов хранятся в отдельном индексе и ссылаются на индекс. Вы можете ссылаться на метаданные, которые представляют файл. Можно иметь несколько имен файлов, которые ссылаются на один фрагмент данных или индекс, как вы можете видеть на рисунке ниже.

Что такое номер инода?

Каждый индекс в структуре Linux имеет уникальный номер, идентифицируемый с ним. Он также называется индексным номером и имеет следующие атрибуты:

• Размер
• Владелец
• Дата/время
• Разрешения и контроль доступа
• Расположение на диске
• Типы файлов
• Количество ссылок
• Дополнительные метаданные о файле

Чтобы проверить список номеров инодов, используйте следующую команду:

На приведенном ниже снимке экрана показан каталог с номерами узлов, которые отображаются в крайнем левом столбце.

Как работают иноды?

Когда вы создаете новый файл, ему присваивается имя файла и номер индекса. Оба хранятся в виде записей в каталоге. Выполнение команды ls ( ls -li ) покажет вам список имен файлов и номеров инодов, которые хранятся в каталоге.

Используйте команду ниже, чтобы вывести информацию об узлах для каждой файловой системы.

Сколько Inode вы используете?

Один из способов освободить место в файловой системе — это использовать все свои inode. Даже если у вас достаточно свободного места на диске, вы не сможете создавать новые файлы.

Использование всех инодов также может привести к внезапной остановке системы. Чтобы просмотреть список статистических данных об использовании inode, таких как «Используется», «Свободен» и «Процент использования», введите следующую команду:

Используются дополнительные способы Inode

То, как работают inode в Linux, делает невозможным наличие конфликтующих номеров inode. Невозможно создать жесткую ссылку на разные файловые системы. Однако вы можете использовать программные ссылки в разных файловых системах. Вы можете удалить исходные файлы и по-прежнему иметь доступ к данным по жесткой ссылке.

Удалив файл, все, что вы сделали, это удалили одно из имен, указывающих на конкретный номер инода. Данные будут оставаться до тех пор, пока вы не удалите все имена, связанные с одним и тем же номером инода. Обновление систем Linux без необходимости перезагрузки системы в значительной степени из-за способа работы inode.

Процесс может одновременно использовать файл библиотеки, другой процесс заменяет этот же файл более новой обновленной версией и создает новый индекс. Запущенный процесс продолжает использовать старый файл. В следующий раз, когда вы будете использовать тот же процесс, он будет использовать новую версию.

Пользователи не взаимодействуют напрямую с inode, но они представляют фундаментальный компонент файловых структур Linux.

Источник

Что такое inode в Linux?

Обновл. 31 Авг 2021 |

Ваша система когда-нибудь жаловалась на то, что у вас не осталось свободного места, в то время как его было явно более чем достаточно?

Иноды и метаданные

Файловая система должна хранить файлы, которые могут находиться в каталогах, которые, в свою очередь, могут иметь подкаталоги. При этом что-то где-то должно записывать информацию о расположении всех файлов файловой системы, имена файлов, их размер, к каким учетным записям они принадлежат, какие у них разрешения и т.д. Данная информация называется метаданными — данные, которые описывают другие данные. Метаданные хранятся в иноде файла.

Инод (или «индексный дескриптор», «inode», от англ. «index node») — это структура данных, в которой хранятся метаданные о стандартных файлах, каталогах или других объектах файловой системы. Каждый используемый инод ссылается на 1 файл. Каждый файл имеет 1 инод. Каталоги, символьные и блочные устройства — всё это является файлами, а значит у каждого из них есть по 1 иноду.

Информация об инодах хранится в специальной таблице, расположенной, обычно, в начале каждого раздела диска. Каждый раздел имеет свою, отдельную таблицу инодов.

Для каждого файла в каталоге есть запись, содержащая имя файла и связанный с ним номер инода. Вся остальная информация о файле извлекается из таблицы инодов с помощью номера инода файла.

Иноды уникальны только в границах разделов своих файловых систем. Если у вас есть два файла, которые находятся на разных разделах диска, то у них могут быть одинаковые номера инодов.

Если у вас закончатся иноды, то вы больше не сможете создавать новые файлы, даже если у вас осталось место в разделе диска.

Как получить информацию об инодах в Linux?

Вы можете легко вывести список номеров инодов с помощью следующей команды:

На следующем скриншоте показан мой корневой каталог с соответствующими номерами инодов:

Количество инодов в каждой файловой системе задается на этапе её создания, и, как правило, для большинства пользователей их количества более чем достаточно.

По умолчанию параметры файловой системы таковы, что создается 1 инод на 2 КБ пространства диска. Такого количества инодов достаточно для большинства систем. Скорее место на вашем жестком диске исчерпается раньше, чем закончатся все иноды. При необходимости, во время определения первоначальных параметров файловой системы, вы можете указать, сколько инодов требуется создать.

Если у вас всё-таки закончатся иноды, то ни вы, ни ваша система больше не сможете создавать новые файлы. Это довольно редкая ситуация, но все же она может возникнуть. Например, в старые времена некоторые почтовые серверы, которые хранили сообщения электронной почты в виде отдельных файлов (что быстро приводило к созданию больших коллекций маленьких файлов размером менее 2 килобайт), довольно часто сталкивались с данной проблемой. Однако, когда они перешли на использование баз данных, проблема решилась.

В некоторых файловых системах, таких как Btrfs, JFS, XFS, реализованы динамические иноды. При необходимости такие файловые системы могут увеличить количество доступных инодов.

Как работает инод?

При создании нового файла ему назначается номер инода и имя файла. Номер инода — это уникальный номер файла в файловой системе. И имя, и номер инода хранятся в виде записи в каталоге.

Когда я запустил команду ls –li / , то тем самым отобразил имена файлов корневого каталога и номера их инодов. Оставшаяся информация о владельце файла, принадлежности к группе, разрешениях на доступ, размере и т.д. была получена из таблицы инодов при помощи номера инода.

Вы можете перечислить информацию об инодах для каждой файловой системы с помощью следующей команды:

Иноды и ссылки

Символьные ссылки являются хорошо известной особенностью Linux. Но что происходит с инодами, когда мы создаем символьную ссылку? На следующем скриншоте у меня есть файл с именем file1, каталог под названием dir1, внутри которого расположилась символьная ссылка под названием slink1, которая указывает на ../file1 :

Теперь сравним их номера инодов:

Как и ожидалось, dir1 и file1 имеют разные номера инодов. Но то же самое относится и к символьной ссылке. Когда вы определяете символьную ссылку, то тем самым создаете новый файл. В своих метаданных он указывает на целевой объект. Для каждой создаваемой вами символьной ссылки вы используете новый инод.

Теперь давайте создадим жесткую ссылку и посмотрим, что произойдет с инодами:

ln ../file1 hlink1

Выводим список номеров инодов:

Вы можете видеть, что file1 и hlink1 имеют одинаковый номер инода. Жесткая ссылка не создает новый файл, она лишь предоставляет новое имя для тех же данных. Такое возможно благодаря введению механизма инодов.

Примечание: В более старых версиях Linux можно было создать жесткую ссылку на каталог. Было даже возможно сделать так, чтобы каталог стал родительским самому себе. Но теперь установлены некоторые ограничения, чтобы пользователи не создавали очень запутанную структуру каталогов.

Польза от инодов

Принцип работы инодов также объясняет, почему невозможно создать жесткую ссылку из одной файловой системы в другую. Разрешение такой задачи открыло бы возможность наличия конфликтующих номеров инодов. В то же время, символьная ссылка может быть создана в разных файловых системах.

Поскольку жесткая ссылка имеет тот же номер инода, что и исходный файл, то вы можете удалить исходный файл, и данные по-прежнему будут доступны по жесткой ссылке. Всё, что вы сделали в этом случае, — это удалили одно из имен, указывающих на заданный номер инода. Данные, связанные с этим инодом, будут оставаться доступными до тех пор, пока все имена, связанные с ним, не будут удалены.

Иноды также являются важной причиной, по которой Linux-системы могут обновляться без необходимости перезагрузки: один процесс может использовать библиотечный файл, в то время как другой процесс заменяет этот файл новой версией. Уже запущенный процесс будет продолжать использовать старый файл, в то время как каждый новый вызов к нему приведет к использованию новой версии.

Еще одна интересная функция, которая поставляется с инодами, — это возможность хранить данные в самом иноде. Это называется встраиванием (англ. «inlining»). Этот метод хранения имеет преимущество в экономии места, поскольку не требует использования блоков данных, но при этом также увеличивает время поиска, избегая дополнительного доступа к диску для получения данных.

В некоторых файловых системах, таких как ext4, есть опция под названием inline_data, которая позволяет операционной системе хранить данные вышеописанным способом. Из-за ограничения размера встраивание работает только для очень маленьких файлов.

Заключение

Иноды — это не то, с чем вы взаимодействуете напрямую, но они играют важную роль в работе операционной системы. Если раздел должен содержать очень много маленьких файлов, то знание и понимание того, что такое иноды и как они работают, может избавить вас от многих проблем в будущем.

Источник