深入解析：Linux文件系统中的inode结构 (linux里面inode概述)
注：本文假定读者具有Linux基础知识及文件系统相关概念的认知。
引言
作为操作系统的一种，Linux的文件系统是一篇永不枯竭的大文章。其中卷子最多的篇章当属inode。例如在讲解硬链接、软链接或文件的权限控制时，都会涉及inode。若您希望了解更多有关inode的信息，本文将供您参考。
1. inode结构简述
在Linux文件系统中，inode是一种数据结构，用于描述文件或目录的属性，相当于文件的“元数据”。每个文件的inode号码是唯一的，其性质类似于文件在文件系统上的“地址”。简单来说，inode存储文件的的各种属性，如文件大小、创建时间、所有者和权限等信息。
在实际使用时，我们可以用以下命令查看一个文件的inode：
“`
ls -i filename
“`
其中的-i选项用于显示文件的inode号码。（选项i为inode的缩写）
每个inode结构的大小在不同的文件系统中是不同的，但一般认为其大小在128字节至512字节之间。
2. inode的作用
inode是Linux文件系统中的一个重要概念，它协助操作系统及用户在访问和管理文件时发挥至关重要的作用。以下是inode的具体作用：
（1）inode提供了文件属性信息
inode为文件存储了属性信息，如文件的所有权、文件大小、创建时间、最后访问时间等详细信息。这些信息对于文件的访问和管理来说至关重要。
（2）inode用于文件索引
一个文件在文件系统上的位置是由该文件的inode来确定的，也可以说inode是文件在文件系统中的“地址”。只要知道了该文件的inode号码，就可以在文件系统中快速地查找到该文件。
（3）inode提供了对文件内容的化名操作
实际上，文件的硬链接和软链接都是对inode结构的操作。硬链接是将一个inode与多个文件名关联起来，这些文件名指向不同的文件目录项，但实际上它们都指向同一个inode。软链接则是在文件系统中创建一个新的inode，并将该新的inode链接到原inode上，这样一个文件可以在不同目录下拥有不同的文件名。这种化名操作在Linux系统中被广泛使用。
3. inode结构
在Linux中，每个inode结构有以下几个字段：
（1）i_mode：inode存储的文件类型和访问限制信息，如文件读写权限、文件类型（文件、目录、链接等）等。
（2）i_uid和i_gid：inode存储的文件所有者的UID和GID。
（3）i_size：inode存储的文件大小，以字节为单位。
（4）i_blocks：inode对文件占用的块数进行计数。
（5）i_atime、i_mtime和i_ctime：分别对应文件的最后访问时间、修改时间和状态改变时间。
（6）i_links_count：记录该inode拥有的硬链接数量。
（7）i_blocks和i_block：inode可存储由块组成的数据，其中i_blocks为块数，i_block为块的指针数组。
下面各项具体解释：
（1）i_mode
i_mode字段描述了文件的类型和访问限制。
在Linux中，每个文件都被分配了一个文件类型的唯一字符，有以下几种类型：
‘-‘ ：代表一个普通文件
‘d’ ：代表一个目录
‘c’ ：代表一个字符设备文件
‘b’ ：代表一个块设备文件
‘s’ ：代表一个socket文件
‘p’ ：代表一个命名管道
在i_mode的这个字符之后，还有一串数字，代表了文件的权限，即读、写和执行权限。这些权限分别对应数字‘4’、‘2’和‘1’，如果对应的权限为true，则该位为1，否则为0。例如：
0764代表-rwxrw-r–
0644代表-rw-r–r–
其中之一位为0,通常情况下为0，表示该文件不是特殊文件。如果文件是特殊文件的话，之一位为1，下面的9位描述的是特殊文件的设备号。
（2）i_uid和i_gid
i_uid和i_gid分别代表了文件的所有者UID和GID。
UID代表用户ID，是用于标识用户的唯一数值标识，系统用户的UID一般从0-999，普通用户从1000开始。而GID代表用户组ID，也是用于标识用户组的唯一数值标识。
（3）i_size
i_size字段包含了文件的大小，以字节为单位。对于普通文件来说，对应一个连续的字节流；对于目录和链接文件来说，对应的值为0。
（4）i_blocks和i_block
i_blocks和i_block分别记录了inode涉及的块数量和块的地址。
对于大的文件或目录，inode只能存储一定数量的块地址，如果还需要更多的块，则需要使用一些额外的数据结构来保存这些块地址。
（5）i_atime、i_mtime和i_ctime
i_atime、i_mtime和i_ctime分别代表了文件的最后访问时间、修改时间和状态改变时间。
这三个时间有以下几种操作会修改：
i_atime：文件访问时会更新。
i_mtime：文件写入时会更新。
i_ctime：文件元数据更改时会更新，例如修改文件名，改变文件的权限等。
（6）i_links_count
i_links_count记录了inode拥有的硬链接数目。
当一个硬链接被创建时，它与原始文件共享相同的inode，它们在文件系统中指向相同的空间。每次创建一个硬链接时，inode的链接数就会增加1，每当删除一个硬链接时，其链接数就会减少1。
4. inode的存储
对于每一个Linux文件系统（例如Ext2、Ext3、Ext4等），它们的inode结构体的大小是一定的。在Linux文件系统中，一种被广泛应用的inode分配方式是基于inode表的实现。
在一个inode表中，每个inode都使用一个定长的结构体予以表示，这些结构体按照编号顺序链接。换句话说，inode编号与inode在inode表中的编号是一一对应的关系。Linux文件系统中，每个inode均被分配了一个唯一的编号，作为该inode在inode表中的索引。
那么，如何计算inode编号呢？inode编号的值大于等于1。在Ext3或者Ext4文件系统中，额外的inode（例如/lost+found目录）总是与之一个inode相关联，该inode编号总是2。在Ext2文件系统中，保留了2个inode，其中之一个对应的inode编号是1，第二个inode对应的inode号码是2。因为每个文件系统块大小是固定的，所以可以使用每个块内inode大小来确定每个块中包含的inode数目。
如果文件系统比较小，inode表可以直接放置在文件系统上，这就是直接分配（使用Ext2文件系统时的分配方式）。如果文件系统比较大，分配多个inode表会更为合适。在这种情况下，inode表被存储在前几个块中，其他块存储文件数据。
Linux文件系统中的inode结构是一个重要而基础的概念。inode中存储了文件的各种属性信息，为文件的访问、管理及化名操作等提供了支持。本文介绍了inode的结构，字段及存储方式，希望能对大家理解inode和文件系统提供帮助。对于深入学习文件系统和inode，更多的资料和文献仍需在实践中去探索。
