由mv命令引发的对inode的思考

一场机器迁移引起的思考

最近团队一台机器老化了，准备做全量迁移，一不小心，就把100多个G的/data目录放到了新机器的/data/data目录下，上愁了，怎么削减一层data目录呢？难倒像Windows一样剪切过来吗？可是有100多个G啊？！抱着试试的心态，运行mv命令，没想到系统瞬间就完成了。为什么Linux可以这么快速剪切呢？这一切都要从Linux对文件的管理机制说起的。

inode是什么

要想理解inode，就要从Linux的文件存储开始说起。

文件存储在硬盘上，硬盘上最小的存储单位叫做“扇区”（sector）,每一个扇区存储512字节。

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是4KB，即连续八个 sector组成一个 block。

文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。

每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

文件的字节数。
文件拥有者的User ID。
文件的Group ID。
文件的读、写、执行权限。
文件的时间戳，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，即有多少文件名指向这个inode。
文件数据block的位置。

想要查看文件的inode信息，可以通过stat命令。

每一个inode都有一个编号，就像上面，inode编号为5278，操作系统就靠inode编号来识别文件。

强调一点，Linux不使用文件名，而是使用inode编号识别不同文件。

对于用户来说，通过文件名打开了文件；但是对于系统来说，首先，系统找到文件名对应的inode编号，通过这个编号获取了inode信息，再根据这个信息，找到文件数据所在的block，读取数据并显示。

目录文件

Linux中，目录（directory）本身也是一种文件。我们打开目录，其实就是打开了目录本身这个文件。

目录文件的结构很简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项包括两部分：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode编号。也就是说，目录文件其实就是包含了文件名与inode编号的映射的集合。

通过ls -i命令可以查看文件名和inode编号。

理解了上面这些，就能理解目录的权限。目录文件的读权限（r）和写权限（w），都是针对目录文件本身。由于目录文件内只有文件名和inode号码，所以如果只有读权限，只能获取文件名，无法获取其他信息，因为其他信息都储存在inode节点中，而读取inode节点内的信息需要目录文件的执行权限（x）。

mv命令与inode

当运行mv命令后，构成这个文件的实际内容，不管是inode还是硬盘数据，都没有被转移。被改变的，仅仅是目录的映射（文件名与inode之间的映射）。

如果目标文件和原文件在同一个文件系统，mv会在目录映射表新建一行，删除带有源文件名的原有目录行。

如果目标文件和原文件不在同一个文件系统，mv就相当于cp与rm命令的组合。

cp命令：分配一个没有被使用的inode编号，在inode表中增加新项目，然后在目录映射表中新增一行，关联文件名与inode编号。

rm命令：递减链接计数，释放inode编号。然后把数据块挂载到可用空间，再删除目录映射表中相关行。

我们可以看到，其中底层数据并没有被删除，只是被标记为了可用，当数据块被另一个文件利用时，原来的数据就会被覆盖。

inode带来的特殊现象（热更新）

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。

移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。

打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

参考：

https://zh.wikipedia.org/wiki/Inode

https://www.cnblogs.com/peida/archive/2012/10/27/2743022.html

http://c.biancheng.net/cpp/html/2780.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/12/inode.html