UNIX内核（4）：inode及其相关操作

本文转自：http://blog.chinaunix.net/uid-7471615-id-83764.html

早期的UNIX系统最重要的两大功能是：文件存储/访问，任务/进程调度（多任务）。由这两大功能衍生出了内存管理，设备管理，用户接口等功能。在这里就来说说其中第一个重要的功能：文件系统。

在UNIX系统上，所有一切都被当成文件来对待，包括设备。因此，就需要一个系统来管理这些文件，并提供一个统一的操作接口。inode就是用来管理文件的一个数据结构（或者说是模型、类）。每个文件在磁盘上都对应一个inode，在访问文件时，inode会被加载到内存中，使用结束后内存中的inode被释放。如果删除文件（unlink），磁盘上的inode及文件的数据都会被释放。

inode是一个文件在系统中的惟一标识。一个文件可以由多个名字（link），但是只占用一个inode。当文件处于active状态时（比如被打开），内存中保留一份inode的拷贝，与inode一起保留在内存中的对象成为inode的核内拷贝（in-core copy，以下用核内inode代替）。

另外，由于inode存放在磁盘上，因此加载到内存中，以及在内存中操作时需要用到Buffer cache（参考“ UNIX内核（2）：磁盘缓冲原理，缓冲分配、回收及用OO观点建模”），稍后加以讨论。好了，那就开始观察inode吧。

inode结构

如上所示，inode有磁盘inode和核内inode。其实大部分情况下说的都是存放在磁盘上的inode。一个inode对象包含如下成员：

更改属主、文件类型、访问权限、链接设置，修改文件内容都将导致对inode的修改，而修改文件内容还将更新文件修改时间及访问时间。

核内inode（In-core copy of inode）

除了磁盘inode的信息，核内inode还包括如下成员：

其中引用计数是一个相当重要的成员。它用来指示有多少个活动的文件实例，比如当一个文件被第一次打开，inode被加载到内核并放到hash Q上，这是核内inode的引用计数为1。此时另一个进程再打开该文件，则无须再在内核中保留一份拷贝，增加引用计数即可。当它为0时，inode被释放——置入free list中。此时hash Q上依然有该inode，以便下一次访问时不必从硬盘加载数据。

回收：

void iput (In_Core_Inode * iNode)

{

加锁;

--引用计数;

if (引用计数为0)

{

if (链接计数为0)

{

释放文件所占磁盘块;

设置文件类型为0；

释放磁盘inode，ifree();

}

if (inode被更新)

将更新写到磁盘inode;

将该核内inode放到free list上;

}

解锁;

}

Linux 0.99.15的实现：

void iput(struct inode * inode)
{
if (!inode)
return;
wait_on_inode(inode); // 等待该inode被释放
// ……

if (inode->i_pipe)
wake_up_interruptible(&PIPE_WAIT(*inode));
repeat:
if (inode->i_count>1) {
inode->i_count--; // 减少引用计数
return;
}
wake_up(&inode_wait); // 解锁
if (inode->i_pipe) {
unsigned long page = (unsigned long) PIPE_BASE(*inode);
PIPE_BASE(*inode) = NULL;
free_page(page);
}
if (inode->i_sb && inode->i_sb->s_op && inode->i_sb->s_op->put_inode) {
inode->i_sb->s_op->put_inode(inode);
if (!inode->i_nlink) // 链接数为0，此处并未释放磁盘inode
return;
}
if (inode->i_dirt) {
write_inode(inode); /* we can sleep - so do again */
wait_on_inode(inode);
goto repeat;
}
inode->i_count--;
nr_free_inodes++;
return;
}

由于Linux中不区分核内inode和磁盘inode，因此实现上与这里描述的算法有较大差别。

参考：