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Linux inode 介绍与清理

1 什么是 inode？

inode 是一种文件数据结构，用于存储除文件名和数据之外的任何 Linux 文件的信息。

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示例：stat 查看 inode：

root@dev:~# stat domain.txt
--------------------------------------------------------------------------------------
  File: domain.txt
  Size: 30          Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fc01h/64513d    Inode: 6362        Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2024-01-05 01:21:46.196735160 +0800
Modify: 2023-12-29 00:11:28.349067755 +0800
Change: 2023-12-29 00:11:28.349067755 +0800
 Birth: -

2. inode 是用来做什么的？

Linux 中，数据以固定大小的块形式存储在磁盘上。如果你保存的文件超过了一个标准块的大小，系统就会查找下一个可用区段来存储文件的其余部分。久而久之，就会变得非常混乱，这时候就需要 inode 了。

inode 虽然不包含文件的任何实际数据，但却存储着文件的元数据，包括可以找到文件数据的所有存储块。

inode 中包含的信息：

  • 文件大小；
  • 存储文件的设备；
  • 与文件相关的用户和组 ID；
  • 访问文件所需的权限；
  • 创建、读取和写入时间戳；
  • 数据位置（但不包括文件路径）；

inode 与文件名无关，这意味着可以复制一个文件，重新命名后，它仍然指向与原始文件相同的 inode。

3. inode 是如何工作的？

创建新文件时，会分配一个 inode 编号和一个文件名，inode 编号是文件系统中唯一的编号，文件名和 inode 编号都作为条目存储在目录中。

当运行 ls 命令，如 "ls -li /"时，文件名和 inode 编号是存储在 / 目录中的内容。

其余的用户、组、文件权限、大小等信息是使用 inode 编号从 inode 表中获取的。

在 Linux 中使用 df 命令可以列出每个文件系统的 inode 信息：df -hi。

4.inode & 软/硬 链接

Linux 中创建符号链接时，inode 会发生什么变化？

示例目录：创建软连接命令 ln -s ../file1 slink

root@dev:~/linux/inode# tree
--------------------------------------------------------------------------------------
.
├── dir
│   └── slink -> ../file1
└── file1

递归列出并显示 inode 信息：

root@dev:~/linux/inode# ls -liR
--------------------------------------------------------------------------------------
.:
total 4
161992 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Feb  1 00:08 dir
  6108 -rw-r--r-- 1 root root    0 Feb  1 00:04 file1

./dir:
total 0
6247 lrwxrwxrwx 1 root root 8 Feb  1 00:08 slink -> ../file1

可以看到，dir 和 file1 的 inode 编号不同，软链接也一样。创建软链接时，会创建一个新文件，在元数据中，它指向目标文件，每创建一个软链接，就使用一个 inode。

接下来，看下硬链接。

使用 ln 命令在 dir1 中创建硬链接：ln ../file1 hlink1

显示 inode：

root@dev:~/linux/inode# ls -liR
--------------------------------------------------------------------------------------
.:
total 4
161992 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Feb  1 00:14 dir
  6108 -rw-r--r-- 2 root root    0 Feb  1 00:04 file1

./dir:
total 0
6108 -rw-r--r-- 2 root root 0 Feb  1 00:04 hlink
6247 lrwxrwxrwx 1 root root 8 Feb  1 00:08 slink -> ../file1

可以看到，"file1″ 和 "hlink"的 inode 编号相同。之所以相同是因为：硬链接不会创建新文件，它只是为相同的数据提供了一个新名称。

inode 工作方式决定了无法在不同文件系统之间创建硬链接。如果允许这样做，就有可能出现节点编号冲突的情况。而软链接则可以在不同文件系统之间创建。

由于硬链接的 inode 号与原始文件的 inode 号相同，因此可以删除原始文件，但数据仍可通过硬链接使用（如上示例，删除原始文件 file1 情况下，hlink 依旧可以访问）。

在这种情况下，你所做的就是删除指向该 inode 编号的其中一个名称。链接到该 inode 编号的数据仍可使用，直到与之相关的所有名称都被删除。

inode 也是 Linux 系统无需重启即可更新的一个重要原因。

这是因为一个进程可以使用一个库文件，而另一个进程可以用新版本替换该文件。因此，要为新文件创建一个新的 inode。已经运行的进程将继续使用旧文件，而对它的每次新调用都将使用新版本。

5. 元数据超过 inode 大小

与固定大小的数据块一样，inode 也是统一的。你有可能拥有一个超过你的 inode 大小的文件。

在这种情况下，你的原始 inode 必须指向另一个 inode，才能完全包含文件的元数据，这就是所谓的间接指针。

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此外，磁盘上的 inode 数量是静态的。

这意味着，如果你有足够多的文件，你可能会在磁盘空间用完之前用完 inode。如果你的 inode 用完了，即使给定分区上还有剩余空间，也无法创建新文件。

6. Linux 常用 inode 相关命令

6.1 显示文件系统 inode 信息

使用 df -i 命令查看有关 inode 使用情况，包括存储 inode 的文件系统、总 inode 数量、使用中的数量（数量和百分比）以及剩余数量

root@dev:~# df -i
--------------------------------------------------------------------------------------
Filesystem       Inodes   IUsed    IFree IUse% Mounted on
udev            2043274     438  2042836    1% /dev
tmpfs           2047671    1008  2046663    1% /run
/dev/vda1      12902400 1437018 11465382   12% /
tmpfs           2047671       1  2047670    1% /dev/shm
tmpfs           2047671       3  2047668    1% /run/lock
tmpfs           2047671      18  2047653    1% /sys/fs/cgroup
/dev/loop0          815     815        0  100% /snap/lxd/24061
/dev/loop1        12041   12041        0  100% /snap/core20/2105
/dev/loop3          658     658        0  100% /snap/snapd/20671
/dev/loop2          658     658        0  100% /snap/snapd/20290
/dev/loop4        11991   11991        0  100% /snap/core20/2015
/dev/vda15            0       0        0     - /boot/efi

或者：root@dev:~# df -i /dev/vda1

6.2 显示指定文件 inode 信息 stat

通过 stat 命令显示指定文件或目录的 inode 信息：

root@dev:~# stat domain.txt
--------------------------------------------------------------------------------------
  File: domain.txt
  Size: 30          Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: fc01h/64513d    Inode: 6362        Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2024-01-05 01:21:46.196735160 +0800
Modify: 2023-12-29 00:11:28.349067755 +0800
Change: 2023-12-29 00:11:28.349067755 +0800
 Birth: -
  • Size：文件的字节数
  • type：文件类型，普通文件，目录，管道等等
  • Inode：inode number
  • Links：链接数，链接到该 inode 的硬链接数
  • Access：读、写、执行权限
  • Uid：文件所有者 User ID
  • Gid：所有者组 Group ID
  • Access：时间戳，最近一次访问的时间
  • Modify：时间戳，最近一次修改文件内容的时间
  • Change：时间戳，最近一次更改文件的时间（如执行 chmod、chown 等命令）

只列出文件 inode number:

root@dev:~# stat --format=%i domain.txt
--------------------------------------------------------------------------------------
6362

6.3 显示文件 inode number

ls 命令用于列出目录的内容，配合 -i 参数可用于显示每个文件的 inode number：

root@dev:~# ls -i
--------------------------------------------------------------------------------------
   2710 README.md

使用 -i num 查找与特定 inode 相关的文件


root@dev:~/linux/test# find ./ -inum 2547
--------------------------------------------------------------------------------------
./test.txt

6.4 查看每个inode节点的大小

root@dev:~/linux/test# dumpe2fs -h /dev/vda1 | grep -i "inode size"
--------------------------------------------------------------------------------------
dumpe2fs 1.45.5 (07-Jan-2020)
Inode size:           256

7 如何释放Linux inode？

7.1. 为什么要限制 inode？

每个 inode 包含文件的关键信息，如文件大小、访问权限以及所存储磁盘块的位置等。这些数据是系统使用文件的必要条件。在 ext（ext、ext2、ext3、ext4）文件系统中，inode 保存在一个固定大小的表中。该表的大小在创建分区时就已决定，以后无法更改。

其他文件系统（例如 macOS 上使用的 APFS）不使用固定大小的表，而是使用 B-trees 等其他数据结构。因此，inode 数量要灵活得多。

7.2 设置 inode 限制

inode 限制是在创建分区时设置的。

默认系统提供合理的配置参数，通常不需要担心这个问题。不过，如果我们知道系统将存储大量的小文件，我们可以覆盖这些默认值，设置合理的 inode 数量。

例如，预计系统中的文件平均大小只有 1 kB。可以创建一个 ext4 分区，每 1000 字节为一个 inode：

$ sudo mkfs.ext4 -i 1000 /dev/sdev

或者，也可以选择其他文件系统，比如 Btrfs，它就不会有限制 inode 的问题。

7.3 检查并释放 inode

可以使用 df 命令检查可用的 inode：

root@dev:~/linux/dir1# df -i
------------------------------------------------------------------------------------
Filesystem       Inodes   IUsed    IFree IUse% Mounted on
udev            2043274     438  2042836    1% /dev
tmpfs           2047671    1008  2046663    1% /run
/dev/vda1      12902400 1437038 11465362   12% /
tmpfs           2047671       1  2047670    1% /dev/shm

"IUsed" 列显示已使用的 inode 数量，"IFree" 列显示空闲 inode 数量，"IUse%" 列显示已使用 inode 的百分比。

除了删除我们不需要的文件外，目前没有其他办法释放 inode。问题是，我们有时可能不知道该去哪里找耗尽 inode 限制的文件。

解决这个问题的方法是根据目录中文件的数量进行排序。通过这种方法，可以快速定位找到有问题的目录。

如，列出所有文件：

sudo find . -xdev -type f | cut -d "/" -f 2 | sort | uniq -c | sort -n
...
1585 Documents
6979 Downloads
7168 Pictures
113659 .nvm
669666 Library
980996 Projects

可以看到，"Projects" 目录中存储的文件数量最多。此时，可以通过判断文件重要性采取一些措施，如：删除文件或将该目录移动到其他空闲 inode 的存储驱动器。

常用清理命令：

(1)、查看并删除临时文件：

示例命令：

ls -lt /tmp | wc -l
find /tmp -type f -exec rm {} \;

(2)、删除0字节的文件，这些文件也会占用inode：

示例命令：

find /home -type f -size 0 -exec rm {} \;

(3)、或者将目录文档归档，然后删除文件：

示例命令：

tar czvf /linux/backup.tar.gz /home/test
rm /home/test