Что такое Inode

Inode - это структура данных в которой хранится информация о файле или директории в файловой системе. В файловой системе Linux, например Ext4, у файла есть не только само его содержимое, например, тот текст, но и метаданные, такие как дата создания, доступа, модификации и права. Вот эти метаданные и хранятся в Inode. У каждого файла есть своя уникальная Inode и именно здесь указано в каких блоках находятся данные файла.

Это довольно низкоуровневое понятие, но обычным пользователям приходится взаимодействовать с ним когда эти самые Inode заканчиваются. Возможно вы уже встречались с ошибкой когда место на диске ещё есть, но программа не может создать файл, потому что Inode закончились. В этой статье мы подробно разберемся что такое Inode, а также попытаемся выяснить как избежать связанных с ними проблем.

Что такое Inode в Linux?

Как я уже сказал выше, Inode или I-node или индексный дескриптор - это структура данных, в которой хранятся метаданные файла и перечислены блоки с данными файла. Но начать надо с файловой системы. Файловые системы Ext используют блоки для хранения данных. По умолчанию размер одного блока равен 4092 байта. В начале раздела расположен суперблок, в котором находятся метаданные всей файловой системы, а за ним идут несколько зарезервированных блоков, а затем размещена таблица Inode и только после неё блоки с данными. Таким образом, все Inode размещены в начале раздела диска.

Директории - это тоже Inode типа директория, в которых вместо содержимого файла содержится список имён файлов и номера их Inode. Корневая папка в Ext4 имеет номер Inode - 2. Вы можете посмотреть информацию о ней с помощью утилиты debugfs. Утилите в параметрах надо передать диск, на котором расположена файловая система:

sudo debugfs /dev/nvme0n1p5

Затем выполните такую команду:

debugfs: stat <2>

Здесь указано, что эта Inode имеет тип Directory, права 755. Её владелец и группа root, потому что идентификатор пользователя 0. Чуть ниже расположена информация про время создания, модификации и доступа. А в самом низу находятся блоки с данными этой Inode. Именно там хранится список файлов и папок директории. Вы можете посмотреть содержимое блока командой dump_block:

debugfs: block_dump 9238

Утилита выведет данные в HEX и ASCII формате, и в них будет видно имена папок. Но увидеть номера Inode здесь не получится без дополнительных программ. Проще всего их можно посмотреть с помощью команды ls:

debugfs: ls -l <2>

Здесь в первом же столбике находится номер Inode для файла или папки. Для примера можно посмотреть ещё информацию про testfile с номером Inode 1128:

debugfs: stat <1128>

В разделе EXTENTS есть номер блока, в котором находятся данные файла. В данном случае это 6596316. В нём можно посмотреть содержимое файла:

debugfs: block_dump 6596316

Вот так это всё работает на уровне файловой системы. Посмотреть Inode идентификаторы файлов можно также с помощью команды ls. Для этого надо передать ей опцию -i:

ls -li /

Здесь они будут тоже в первой колонке. Обратите внимание, что у каждого файла, папки или символической ссылки уникальный номер Inode. Исключение составляют только жесткие ссылки. Количество Inode в файловой системе ограничено, оно определяется при инициализации файловой системы. Посмотреть текущее количество Inode можно командой tune2fs:

sudo tune2fs -l /dev/nvme0n1p5

Нужная информация находится в поле Inode count. Посмотреть Inode можно с помощью утилиты df передав ей опцию -i:

sudo df -i

Как видите, на моём корневом разделе использовано 29% Inode, а блоков у меня уже использовано 95%. Но если бы у меня было очень много мелких файлов, то место бы ещё осталось, а доступные Inode закончились. Тогда бы возникла ошибка создания файла, даже несмотря на то, что место ещё есть. Чтобы избежать такой ситуации надо тщательно планировать как вы будете использовать файловую систему.

Вы не можете изменить количество Inode для существующей файловой системы, зато можете указать для новой с помощью опции -N. Например:

mkfs -t ext4 -N 3000000 /dev/nvme0n1p5

В данном случае будет создана файловая система с тремя миллионами индексов Inode. Ещё можно не указывать точное количество Inode, а указать количество байт в одной Inode, это может быть удобно, если вы знаете средний размер ваших файлов, которые будут хранится в файловой системе. Например:

mkfs -t ext4 -i 2K /dev/nvme0n1p5

В качестве альтернативы, можно использовать файловую систему Btrfs, в которой Inode не могут закончиться потому что они генерируются динамически по мере необходимости.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели что такое Inode в Linux, а также что произойдёт если доступное количество Inodes закончатся. Будьте осторожны при создании файловой системы и думайте какие файлы в ней будут размещены и сколько их там будет чтобы избежать проблем с Inode.