新建一个空文件占用多少磁盘空间?

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新建一个空文件占用多少磁盘空间?

今天我们来思考一个简单的问题。在Linux下你用 touch 命令新建一个空文件:

touch empty_file.txt

操作完成后,是否要消耗掉我们的一些磁盘空间?需要的话,大概能消耗多少?嗯,是的,这个问题简单的超乎你的想象,但是不知道你否能给你自己一个满意的答案。

我前面的几篇文章都是介绍的磁盘物理层面的构成,但这对于理解文件相关的问题帮助可能还不够。从今天开始让我们从物理层往上走,到Linux文件系统原理里去寻找答案。

实践出真知

我觉得可能先丢开内核原理,直接动手操作来实验更有意思一些。你一定知道 ls 这个命令你可以查看文件大小,那么让我们就用它来看一下。

# touch abcdefghigklmn.txt
# ls -l
total 0
-rw-r--r-- 1 root root 0 Aug 17 17:49 empty.file

额, ls 命令告诉我这个空文件占用的是0。 文件的大小确实是0,因为我们还没有为该文件写入任何内容。但是我们现在要思考的是,一个空文件是否占用磁盘空间。所以直觉告诉我们这绝对不可能,磁盘上多出来一个文件,怎么可能一点空间开销都没有!

为了解开这个谜底,还需要借助df命令。输入df –i

# df -i
Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
......
/dev/sdb1            2147361984 12785019 2134576965    1% /search

这个输出帮我们展示了我们文件系统中inode的使用情况。注意IUsed是12785019。我们继续新建一个空文件

# touch empty_file2.txt
df -i
Filesystem            Inodes   IUsed   IFree IUse% Mounted on
......
/dev/sdb1            2147361984 12785020 2134576964    1% /search
[@bjzw_46_76 temp]#

这下注意IUsed变成了12785020。

哈哈,我们的一个结论就出来了。 新建一个空文件会占用一个Inode

细说inode

那么inode里都存了哪些和文件相关的信息呢?我们再稍微看一下内核的源代码。大家可以下载一份linux的源代码。以ext2文件系统为例,在我下载的linux-2.6里的文件fs/ext2/ext2.h中,可以找到内核对于inode结构体的定义。该结构体较为复杂,主要存储除了文件内容以外的一些其他数据,我们选一些比较关键的截取出来:

struct ext2_inode {
__le16  i_mode;         # 文件权限
__le16  i_uid;          # 文件所有者ID
__le32  i_size;         # 文件字节数大小
__le32  i_atime;        # 文件上次被访问的时间
__le32  i_ctime;        # 文件创建时间
__le32  i_mtime;        # 文件被修改的时间
__le32  i_dtime;        # 文件被删除的时间
__le16  i_gid;          # 文件所属组ID
__le16  i_links_count;  # 此文件的inode被连接的次数
__le32  i_blocks;       # 文件的block数量
......
__le32  i_block[EXT2_N_BLOCKS]; # 指向存储文件数据的块的数组
......

可以看到和文件相关的所属用户、访问时间等都是存在inode中的。另外在include/linux/fs.h中,还有个VFS层面的inode的定义,这里咱就不发散了。使用stat命令就可以直接看到文件inode中数据。

# 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

每个inode到底是多大呢?dumpe2fs可以告诉你(XFS的话使用xfs_info)。

# dumpe2fs -h /dev/mapper/vgroot-lvroot
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
......
Inode size:               256

Inode size表示每个Inode的大小。我的这台机器上,每个inode都是256字节。两个inode的大小正好对齐到磁盘扇区的512字节。

文件名存到哪里了

inode结构体都看完了,搞了半天不知道有没有发现一个问题,inode里并没有存储文件名!!那么,文件名到底跑哪儿去了?

fs/ext2/ext2.h 中,我找到了如下文件夹相关的结构体

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 */
};

这个结构体就是我们司空见惯的文件夹。没错,文件名是存在其所属的文件夹数据结构中的,就是其中的 char name[] 字段。和文件名一起,文件夹里还记录了该文件的inode等信息。

结论

    1. 新建一个空文件需要消耗掉一个inode,用来保存用户、创建时间等元数据。
    1. 新建一个空文件还需要消耗掉其所有目录的block中一定的空间,这些空间用来保存文件名,权限、时间等信息

所以,看起来新建一个空文件而已,只要你想挖,真的能挖出很多知识的。最后分享一个我们团队里同学遇到的一个故障。我们的一台离线任务机直接歇菜了,重启后排查原因是inode被消耗光了。再追查发现一个进程创建了太多的空日志文件。虽然文件都是空文件,但是inode却被浪费光了。后来让负责的同学修改了创建日志文件的逻辑,删掉了多出来的空文件,该机器恢复正常。

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