Linux根文件系统中inode编号是如何分配的？

Question

我对Linux文件系统中inode编号的使用有几个问题。这些问题可能相关，但为了清晰起见，我将逐一提出。

问题1：以EXT2/3为例，从“设计和实现第二个扩展文件系统”中我知道，在块组中有inode表，我也知道inode表示文件，但如果文件太多而inode编号不足怎么办？ 我最好的猜测是，如果所有inode编号都用完了，文件系统就什么也不做。如果稍后删除某个文件，则其inode可能会被回收。

问题2：我在我的Linux服务器上运行“df -i”，结果如下：

Filesystem            Inodes       IUsed   IFree      IUse% Mounted on    
    /dev/sda1          1313280    7853 1305427    1%     /
    devtmpfs                   0       0       0              -       /dev
    tmpfs                 525298       4  525294        1%    /dev/shm
    /dev/sda2              65808      50   65758       1%    /boot
    /dev/sda5            1313280     146 1313134    1%   /opt
    /dev/sda6             655776      37  655739      1%   /tmp
    /dev/sda7             655776    5219  650557    1%   /home
    /dev/sda8            1313280     840 1312440    1%  /var
    /dev/sda9             655776   36529  619247    6%  /usr
    /dev/sda10              6432      11    6421        1%  /crash
    /dev/sda12            135488      11  135477     1%  /usr/local/instances
    tmpfs                 525298       3  525295    1% /var/run/xenstored
    tmpfs                 525298       3  525295    1% /var/lib/xenstored
    tmpfs                 525298       3  525295    1% /var/lib/xend/socket
    tmpfs                 517536       3  517533    1% /var/run/libvirt/socket

我看到每个文件系统都有自己的inode计数，并且这些文件系统（比如devtmpfs和tmpfs）都挂载到根文件系统。我猜每个文件系统都有它们自己的inode表，但是不同文件系统的inode编号是否分布在不同的范围内，比如根文件系统是[0，N]，而tmpfs是[N+1，M]？

如果不同文件系统的inode编号在不同的范围内（我认为不是这样），那么文件系统如何就范围划分达成协议？

如果不同文件系统的inode编号是基于相同规则生成的（比如全部从0开始），那么如果我们将它们一起挂载，不同的文件系统是否会冲突？据我所知，inode表示运行OS中的文件，如果根文件系统中的一个文件具有inode编号N，而另一个文件系统（比如tmpfs）中的另一个文件也具有inode编号N，那么OS会怎么做？

PS. 我对Linux还比较新，我不是来自英语国家，如果我的表述不清楚，请谅解。提前致谢。

- xanpeng

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尝试在“unix”或“ubuntu”论坛上提问。你会得到更好的答案 :-}。我们只是程序员，通常不关心“System.IO.WriteLine()”之后发生了什么。 - James Anderson

这是一个很难回答的问题。我认为它应该属于这里，因为这是关于Unix通用的有趣实现细节。 - Omnifarious

请一次只提一个问题。 - user229044

@meagar - 如果你要挑剔这个问题的规则违规，那么也许你应该请求删除我提出的大约75%的问题。如果你想对有多个“？”标记的问题进行追究，那么你最终会删除Stack Overflow上相当大比例的问题。 - Omnifarious

@meagar - 点头 我对这里的问题被轻易关闭感到烦恼。我会说，我看到的大约15%的问题并不真正应该被关闭。 - Omnifarious

Answer 1

文件的完整唯一标识符是 (st_dev, st_ino)。这意味着inode号不必在所有文件系统中都是唯一的，并且每个文件仍然可以被唯一地识别。

这就是为什么不能跨设备创建硬链接。目录条目只包含一个inode号，而没有设备号。因此，目录条目只能引用与目录所在文件系统相同的文件。

即使向目录条目添加设备字段，它也是没有意义的。设备号可能会随着添加或删除驱动器而更改，并且只在系统运行时才涉及特定设备。此外，如何对全世界所有设备进行唯一编号？例如，对于USB驱动器，您可以将给定设备从一台机器带到另一台机器。如何确保设备号保持不变以便链接仍然有效？

最后，不是所有文件系统类型都有固定数量的inode号。reiserfs和(btrfs我认为)根据需要动态分配新的inode，因此文件系统的总inode数字段实际上不反映任何有用的值。

- Omnifarious

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“(st_dev, st_ino)” 这里是非常有用的信息，还有硬链接的解释。谢谢。 - xanpeng