Linux系统中的“文件夹”为何称之为目录

news/2024/10/5 19:15:52

什么是文件夹

文件夹是一种用来组织和管理磁盘文件的数据结构

文件存储也称为文件级存储或基于文件的存储,数据会以单条信息的形式存储在文件夹中。当需要访问该数据时,计算机需要知道相应的查找路径。存储在文件中的数据会根据元数据来进行整理和检索,这些元数据会告诉计算机文件所在的确切位置。

inode

在谈目录前我们首先要了解一个东西叫做inode

1:什么是inode

理解inode,要从文件储存说起。

文件储存在硬盘上,硬盘的最小存储单位叫做”扇区”(Sector)。每个扇区储存512字节(相当于0.5KB)。

操作系统在读取硬盘资料的时候并不会单个扇区单个扇区的读取,而是读取一个“块”(block),一个块是由多个扇区组合在一起,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。(空间换时间)

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。

2:inode的内容

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

我们可以通过stat命令,去查看某个文件的inode信息
image
除了文件名之外的所有文件信息,都存储在inode中。也就是说inode相当于是一张不包含名字的身份证

至于为什么没有文件名,下文会讲述。

3:inode的大小

inode本身也会占用磁盘空间,
所以硬盘格式化的时候,操作系统自动将硬盘分成两个区域。

  • 数据区,存放文件数据;
  • inode区(inode table),存放inode所包含的信息。

一个inode节点的大小,一般是128字节或256字节。inode节点的总数,在格式化时就给定,一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。

假定在一块1GB的硬盘中,每个inode节点的大小为128字节,每1KB就设置一个inode,那么inode table的大小就会达到128MB,占整块硬盘的12.8%。

同时因为在磁盘格式化的时候inode的数量就已经是固定了的,而每一个文件都必然有一个inode与之对应,那么就会出现inode被消耗完毕了但是磁盘空间仍有剩余的情况,在这种情况下即使磁盘空间富余也无法创建新的文件了。

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量,可以使用df命令。

image

查看每个indoe节点的大小可以使用如下命令

sudo dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep "inode size"

image

4:inode的号码

每个inode都有一个号码,操作系统用inode号码来识别不同的文件。

这里值得重复一遍,Unix/Linux系统内部不使用文件名,而使用inode号码来识别文件。对于系统来说,文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。

表面上,用户通过文件名,打开文件。实际上,系统内部这个过程分成三步:

  • 首先,系统找到这个文件名对应的inode号码;
  • 其次,通过inode号码,获取inode信息;
  • 最后,根据inode信息,找到文件数据所在的block,读出数据。

使用ls -i命令,可以看到文件名对应的inode号码:

image

目录文件

Unix/Linux系统中,目录(directory)也是一种文件。打开目录,实际上就是打开目录文件。

目录文件的结构非常简单,就是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:

  • 所包含文件的文件名
  • 该文件名对应的inode号码。

ls命令只列出目录文件中的所有文件名:
image

而ls -i如上文所述可以列出整个目录文件(inode+文件名)
image

我们可以通过inode号码,访问inode节点去读取信息,获得文件的详细信息。ls -l可列出文件的详细信息
image

理解了上面这些知识,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)。

window下文件夹和Unix/Linux下的目录的区别

前者存储的是指向文件的路径,而后者存储的则是文件的名字以及其对应的inode。

特别的

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。

  1. 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。

  2. 移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响inode号码。

  3. 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。

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