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系统如何查找文件？inode号又是什么？

news 来源：原创 2025/7/15 8:36:23

下面分别详细解释您提到的三个问题：
“文件系统怎么定位文件”、“inode 是什么”、“为什么删除后还可能被占用”。

一、文件系统怎么定位文件

1.1 目录与文件名并不直接存储文件数据

在常见的 Unix/Linux 文件系统（如 ext4、xfs）或类似的文件系统中，目录（Directory） 只记录文件名与一个索引指针（例如 inode 号）的对应关系。

  • 当你通过路径（如 /home/user/test.txt）查找文件时，操作系统会先从根目录开始，根据每一级文件名，读取相应目录文件里的条目，然后找到该文件对应的索引（如 inode号）。

  • 一旦获得 inode，操作系统才能进一步定位到文件真正的数据块。

1.2 inode 与数据块

  • 每个文件都有一个 inode（在类 Unix 文件系统中），包含它的数据块指针、文件大小、权限、所有者等元数据。

  • 文件系统通过 inode 查找到物理磁盘上的若干块（blocks），其中存放着文件内容。

  • 所以从目录 → inode → 数据块就完成了文件的定位。

1.3 简化步骤

  1. 用户输入文件路径。

  2. 操作系统逐级进入目录：

    • 从根目录 inode（固定位置）开始，找到 /home 目录；

    • 打开 /home 目录文件，找到 user 子目录；

    • 再打开 user 目录文件，找到 test.txt 的目录项；

    • 读到一个 inode 号，例如 12345。

  3. 读取 inode 号 12345，获取对应的数据块指针数组；

  4. 根据数据块指针，到磁盘上把这些 block 一一读出来，拼接成文件内容返回给应用程序。

二、inode 是什么？

2.1 inode 的定义

  • inode（索引节点） 是类 Unix 文件系统中的一种数据结构，用于存储文件的元信息（metadata）。

  • 典型包含：

    1. 文件大小、访问权限（rwx）、文件所有者（UID/GID）、时间戳（修改时间、访问时间等）；

    2. 数据块指针（block pointers），告诉操作系统文件内容在哪些磁盘块上。

2.2 inode 不存储文件名

  • 在 Unix-like 文件系统中，inode 不记录文件名。文件名只保存在目录里，用来映射 “文件名 → inode号”。

  • 一个 inode 可能对应多个文件名（硬链接），也可能当前没有任何目录项引用它（此时如果仍有进程打开它，就还在占用；如果无进程也无目录项，就会被回收）。

2.3 inode 是如何组织数据块的？

  • inode 内部会有一些“直接块指针”、“间接块指针”等结构：

    • 前若干个指针直接指向数据块；

    • 当文件过大，直接块不够用，还会用“一级间接块”、“二级间接块”，间接块里又存更多数据块指针；

    • 这样就能索引到更大范围的磁盘空间。

三、为什么删除后还可能被占用？

3.1 “删除文件”在 Unix-like 的含义

  • 当你执行 rm file 或调用系统调用 unlink(file)，系统会删除目录项（即“文件名 → inode 号”的映射）并将 inode 的链接数减1。

  • 如果链接数变为 0，说明没有任何目录项再指向这个 inode。

  • 但如果还有进程打开这个文件，内核会维持一个打开文件描述符的计数；只要描述符没关闭，对应 inode 和数据块不会释放。

3.2 已删除但仍被进程使用

  • 某些场景下，一个进程在打开文件后，你去删除该文件的名字，该进程仍可以正常读写——因为它仍然有一个“打开文件句柄”指向这个 inode。

  • 文件系统不会真正回收 inode 和数据块，直到最后一个进程关闭该文件描述符。

  • 这就是为什么“文件被删”但磁盘空间依旧被占用，直到没有任何进程再用它，就可见到空间被释放。

3.3 常见案例

  • 日志文件：一个服务进程正在写日志，管理员删除了日志文件却发现磁盘空间没变小；实际上这时文件名没了，但后台进程还持有打开句柄，一直写到已删文件里。只有服务重启或关闭文件后，空间才真正释放。

四、总结

  1. 文件系统怎么定位文件？

    • 通过目录文件找到对应的 inode 号，再由 inode 查到磁盘上真正的数据块。

  2. inode 是什么？

    • 是存储文件元数据和数据块指针的结构体，不记录文件名；名称保存在目录项里。

  3. 为什么删除后可能还被占用？

    • 因为在 Unix-like 下，删除操作主要是“移除文件名 → inode 映射”。只要进程还有文件描述符指向这个 inode，inode 就不会被释放；文件的数据块也不释放，直到最后一个打开它的进程关闭该文件。

如此便能理解：文件系统删除一个文件名，不见得立刻把磁盘空间归还系统；只有当 inode 链接数和文件描述符都归零时，才真正回收。

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