什么是 inode
inode 的定義：Unix 文件系統中的一種數據結構，用來存儲文件的元信息數據
文件在硬盤中的存儲是以"塊"(block)為單位的，常見的塊大小是 4k
一個稍微大一點的文件則會存儲在多個塊中，那么如何快速訪問到這些數據呢？答案就是 inode
在文件系統中，每個文件對象都對應着一個 inode，其中存儲着常用的一些信息（所有者、創建時間、修改時間、文件權限、對應文件對象在系統中存儲塊的位置等等）
操作系統訪問一個文件時分為三個步驟：
- 通過文件名找到對應的 inode 編號
- 通過 inode 編號訪問對應文件對象的元信息
- 根據元信息找到文件對應的 block，讀取數據
從上面的描述可以看出，inode 實際上就是文件系統中的一種索引，便於管理文件以及快速訪問數據
關於 inode 的一些細節
inode 的內容
POSIX 標准定義了 inode 所包含的信息：
- 以字節為單位表示的文件大小
- 設備ID，標識容納該文件的設備
- 文件所有者的 User ID
- 文件的 Group ID
- 文件的模式（mode），確定了文件的類型，以及它的所有者、它的 group、其它用戶訪問此文件的權限
- 額外的系統與用戶標志（flag），用來保護該文件
- 3 個時間戳，記錄了 inode 自身被修改（ctime, inode change time）、文件內容被修改（mtime, modification time）、最后一次訪問（atime, access time）的時間
- 1 個鏈接數，表示有多少個硬鏈接指向此inode
- 指向文件系統存儲位置的指針
使用 stat 命令可以查詢一個文件的 inode 編號及對應的文件元信息：
inode 的存儲
inode 存儲文件對象的元信息，也會占用一部分磁盤空間
當文件系統創建（格式化）時，會把存儲區域分為兩大連續的區域，其中一個用來保存 inode，稱為 inode table，每個 inode 默認 128 or 256 字節
另一塊區域則用來保存文件的數據塊
從這里可以看出，一個文件系統中 inode 的數量在初始化時確定了，inode 的數量和磁盤大小成正比
查看每個硬盤分區的 inode 總數和已經使用的數量，可以使用 df 命令：
由於每個文件都會對應一個 inode，當磁盤中存在大量小文件時，就可能出現磁盤空間有空閑但是 inode 用完的情況
例如一個電子郵件服務器可能會存在大量 eml 文件使磁盤 inode 耗盡，無法入信新郵件
所以一般大型的郵件系統都會設計自己的文件系統來存儲郵件數據，如使用信桶（mbox）文件結構來存儲單個用戶的所有郵件數據
目錄文件、硬鏈接和軟鏈接
Linux 中一切皆文件，目錄也是文件的一種，每個目錄項包含兩部分：目錄中所有文件的文件名、所有文件名對應的 inode 編號
使用 ls -i 命令查看目錄的內容：
如果想要查看該目錄下文件的詳細信息，那么就需要根據每個文件的 inode 編號，找到對應的 inode 訪問元信息：
上述 inode 中包含的信息中，可以發現並不存在文件名這一信息，實際上在 Unix 環境下，一個文件對象可以對應多個文件名，即硬鏈接（hard link）
使用 ln 命令可以創建硬鏈接:
ln 源文件 目標文件
上圖中 f1.txt f2.txt 都指向同一個 inode，修改其中一個文件內容會影響到另一個
從 inode 內容中可以發現有一個鏈接數，當我們創建了一個硬鏈接時，所對應的文件的 inode 中鏈接數就會 +1，表示其對應的文件名（引用計數）+1
同理，當刪除一個文件后，該鏈接數將 -1，鏈接數為 0 時文件數據就被完全清除了
與硬鏈接對應的還有軟鏈接，使用 ln -s 命令可以創建軟鏈接：
ln -s 源文文件或目錄 目標文件或目錄
軟鏈接和硬鏈接的區別在於，軟鏈接指向其鏈接的文件名，而不是 inode，一個軟鏈接有自己的 inode
刪除其指向的文件后，該軟鏈接則不可訪問（No such file or directory）
這里的設計類似於 C++ 中指針和引用，硬鏈接可以類比為引用，而軟鏈接則是指針，其中保存着文件名（訪問文件數據的地址）
而 inode 鏈接數則和智能指針的引用計數設計思路相似，不得不說計算機系統中很多設計都有共通性
inode 的其他作用
由於硬鏈接的存在，文件名和 inode 是多對一的關系，操作系統打開一個文件后就拋棄了文件名，只保留 inode 編號來訪問文件內容
庫函數 getcwd() 的實現，就是從當前工作目錄的 inode 逐級查找上級目錄的 inode，最后拼出完整的絕對路徑
inode 的設計，使得在操作系統中安裝/更換新的庫文件十分方便
當一些進程還在使用庫時，其他進程可以替換該庫文件 inode 編號指向新創建的 inode，后面對該庫的訪問都被引導至新庫文件的內容，減少了替換庫時重啟系統的必要
由於舊的 inode 中鏈接數已經為 0，在使用舊庫的進程結束后，舊的 inode 和舊庫文件將被文件系統自動回收