今天我們來思考一個簡單的問題。在Linux下你用touch命令新建一個空文件: touch empty_file.txt 當操作完成后,是否要消耗掉我們的一些磁盤空間?需要的話,大概能消耗多少?嗯,是的,這個問題簡單的超乎你的想象,但是不知道你否能給你自己一個滿意的答案。
今天我們來思考一個簡單的問題。在Linux下你用touch命令新建一個空文件:
touch empty_file.txt
操作完成后,是否要消耗掉我們的一些磁盤空間?需要的話,大概能消耗多少?嗯,是的,這個問題簡單的超乎你的想象,但是不知道你否能給你自己一個滿意的答案。
我前面的幾篇文章都是介紹的磁盤物理層面的構成,但這對于理解文件相關的問題幫助可能還不夠。從今天開始讓我們從物理層往上走,到Linux文件系統原理里去尋找答案。
1 實踐出真知
我覺得可能先丟開內核原理,直接動手操作來實驗更有意思一些。你一定知道ls這個命令你可以查看文件大小,那么讓我們就用它來看一下。
# touch abcdefghigklmn.txt # ls -l total 0 -rw-r--r-- 1 root root 0 Aug 17 17:49 empty.file
額,ls命令告訴我這個空文件占用的是0。文件的大小確實是0,因為我們還沒有為該文件寫入任何內容。但是我們現在要思考的是,一個空文件是否占用磁盤空間。所以直覺告訴我們這絕對不可能,磁盤上多出來一個文件,怎么可能一點空間開銷都沒有!
為了解開這個謎底,還需要借助df命令。輸入df –i
# df -i Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on ...... /dev/sdb1 2147361984 12785019 2134576965 1% /search
這個輸出幫我們展示了我們文件系統中inode的使用情況。注意IUsed是12785019。我們繼續新建一個空文件:
# touch empty_file2.txt df -i Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on ...... /dev/sdb1 2147361984 12785020 2134576964 1% /search
這下注意IUsed變成了12785020。
哈哈,我們的一個結論就出來了。新建一個空文件會占用一個Inode。
2 細說Inode
那么inode里都存了哪些和文件相關的信息呢?我們再稍微看一下內核的源代碼。大家可以下載一份linux的源代碼。以ext2文件系統為例,在我下載的linux-2.6里的文件fs/ext2/ext2.h中,可以找到內核對于inode結構體的定義。該結構體較為復雜,主要存儲除了文件內容以外的一些其他數據,我們選一些比較關鍵的截取出來:
struct ext2_inode { __le16 i_mode; # 文件權限 __le16 i_uid; # 文件所有者ID __le32 i_size; # 文件字節數大小 __le32 i_atime; # 文件上次被訪問的時間 __le32 i_ctime; # 文件創建時間 __le32 i_mtime; # 文件被修改的時間 __le32 i_dtime; # 文件被刪除的時間 __le16 i_gid; # 文件所屬組ID __le16 i_links_count; # 此文件的inode被連接的次數 __le32 i_blocks; # 文件的block數量 ...... __le32 i_block[EXT2_N_BLOCKS]; # 指向存儲文件數據的塊的數組 ......
可以看到和文件相關的所屬用戶、訪問時間等都是存在inode中的。另外在include/linux/fs.h中,還有個VFS層面的inode的定義,這里咱就不發散了。使用stat命令就可以直接看到文件inode中數據。
# stat test File: `test' Size: 0 Blocks: 0 IO Block: 1024 regular empty file Device: 801h/2049d Inode: 26 Links: 1 Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root) Access: 2020-03-01 12:14:31.000000000 +0800 Modify: 2020-03-01 12:14:31.000000000 +0800 Change: 2020-03-01 12:14:31.000000000 +0800
每個inode到底是多大呢?dumpe2fs可以告訴你(XFS的話使用xfs_info)。
# dumpe2fs -h /dev/mapper/vgroot-lvroot dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010) ...... Inode size: 256
Inode size表示每個Inode的大小。我的這臺機器上,每個inode都是256字節。兩個inode的大小正好對齊到磁盤扇區的512字節。
3 文件名存到哪里了
Inode結構體都看完了,搞了半天不知道有沒有發現一個問題,inode里并沒有存儲文件名!!那么,文件名到底跑哪兒去了?
在fs/ext2/ext2.h中,我找到了如下文件夾相關的結構體
struct ext2_dir_entry { __le32 inode; /* Inode number */ __le16 rec_len; /* Directory entry length */ __le16 name_len; /* Name length */ char name[]; /* File name, up to EXT2_NAME_LEN */ };
這個結構體就是我們司空見慣的文件夾所使用的數據結構。沒錯,文件名是存在其所屬的文件夾中的,就是其中的char name[]字段。和文件名一起,文件夾里還記錄了該文件的inode號等信息。
4 結論
1. 新建一個空文件需要消耗掉一個inode,用來保存用戶、創建時間等元數據。
2. 新建一個空文件還需要消耗掉其所在目錄的block中一定的空間,這些空間用來保存文件名,inode號等信息。
所以,看起來新建一個空文件而已,只要你想挖,真的能挖出很多知識的。最后分享一個我們團隊里同學遇到的一個故障。我們的一臺離線任務機直接歇菜了,重啟后排查原因是inode被消耗光了。再追查發現一個進程創建了太多的空日志文件。雖然文件都是空文件,但是inode卻被浪費光了。后來讓負責的同學修改了創建日志文件的邏輯,刪掉了多出來的空文件,該機器恢復正常。
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