新建一個空文件會不會占用磁盤空間

今天我們來思考一個簡單的問題。在Linux下你用touch命令新建一個空文件： touch empty_file.txt 當操作完成后，是否要消耗掉我們的一些磁盤空間？需要的話，大概能消耗多少？嗯，是的，這個問題簡單的超乎你的想象，但是不知道你否能給你自己一個滿意的答案。

今天我們來思考一個簡單的問題。在Linux下你用touch命令新建一個空文件：

touch empty_file.txt

操作完成后，是否要消耗掉我們的一些磁盤空間？需要的話，大概能消耗多少？嗯，是的，這個問題簡單的超乎你的想象，但是不知道你否能給你自己一個滿意的答案。

我前面的幾篇文章都是介紹的磁盤物理層面的構(gòu)成，但這對于理解文件相關(guān)的問題幫助可能還不夠。從今天開始讓我們從物理層往上走，到Linux文件系統(tǒng)原理里去尋找答案。

1 實踐出真知

我覺得可能先丟開內(nèi)核原理，直接動手操作來實驗更有意思一些。你一定知道ls這個命令你可以查看文件大小，那么讓我們就用它來看一下。

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

額，ls命令告訴我這個空文件占用的是0。文件的大小確實是0，因為我們還沒有為該文件寫入任何內(nèi)容。但是我們現(xiàn)在要思考的是，一個空文件是否占用磁盤空間。所以直覺告訴我們這絕對不可能，磁盤上多出來一個文件，怎么可能一點空間開銷都沒有！

為了解開這個謎底，還需要借助df命令。輸入df –i

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

這個輸出幫我們展示了我們文件系統(tǒng)中inode的使用情況。注意IUsed是12785019。我們繼續(xù)新建一個空文件：

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

這下注意IUsed變成了12785020。

哈哈，我們的一個結(jié)論就出來了。新建一個空文件會占用一個Inode。

2 細說Inode

那么inode里都存了哪些和文件相關(guān)的信息呢？我們再稍微看一下內(nèi)核的源代碼。大家可以下載一份linux的源代碼。以ext2文件系統(tǒng)為例，在我下載的linux-2.6里的文件fs/ext2/ext2.h中，可以找到內(nèi)核對于inode結(jié)構(gòu)體的定義。該結(jié)構(gòu)體較為復(fù)雜，主要存儲除了文件內(nèi)容以外的一些其他數(shù)據(jù)，我們選一些比較關(guān)鍵的截取出來：

struct ext2_inode {
    __le16 i_mode;     # 文件權(quán)限
    __le16 i_uid;     # 文件所有者ID
    __le32 i_size;     # 文件字節(jié)數(shù)大小
    __le32 i_atime;    # 文件上次被訪問的時間
    __le32 i_ctime;    # 文件創(chuàng)建時間
    __le32 i_mtime;    # 文件被修改的時間
    __le32 i_dtime;    # 文件被刪除的時間
    __le16 i_gid;     # 文件所屬組ID
    __le16 i_links_count; # 此文件的inode被連接的次數(shù)
    __le32 i_blocks;    # 文件的block數(shù)量
    ......
    __le32 i_block[EXT2_N_BLOCKS]; # 指向存儲文件數(shù)據(jù)的塊的數(shù)組
    ......

可以看到和文件相關(guān)的所屬用戶、訪問時間等都是存在inode中的。另外在include/linux/fs.h中，還有個VFS層面的inode的定義，這里咱就不發(fā)散了。使用stat命令就可以直接看到文件inode中數(shù)據(jù)。

# 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

每個inode到底是多大呢？dumpe2fs可以告訴你（XFS的話使用xfs_info)。

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

Inode size表示每個Inode的大小。我的這臺機器上，每個inode都是256字節(jié)。兩個inode的大小正好對齊到磁盤扇區(qū)的512字節(jié)。

3 文件名存到哪里了

Inode結(jié)構(gòu)體都看完了，搞了半天不知道有沒有發(fā)現(xiàn)一個問題，inode里并沒有存儲文件名！！那么，文件名到底跑哪兒去了？

在fs/ext2/ext2.h中，我找到了如下文件夾相關(guān)的結(jié)構(gòu)體

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 */
};

這個結(jié)構(gòu)體就是我們司空見慣的文件夾所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。沒錯，文件名是存在其所屬的文件夾中的，就是其中的char name[]字段。和文件名一起，文件夾里還記錄了該文件的inode號等信息。

4 結(jié)論

1. 新建一個空文件需要消耗掉一個inode，用來保存用戶、創(chuàng)建時間等元數(shù)據(jù)。

2. 新建一個空文件還需要消耗掉其所在目錄的block中一定的空間，這些空間用來保存文件名，inode號等信息。

所以，看起來新建一個空文件而已，只要你想挖，真的能挖出很多知識的。最后分享一個我們團隊里同學遇到的一個故障。我們的一臺離線任務(wù)機直接歇菜了，重啟后排查原因是inode被消耗光了。再追查發(fā)現(xiàn)一個進程創(chuàng)建了太多的空日志文件。雖然文件都是空文件，但是inode卻被浪費光了。后來讓負責的同學修改了創(chuàng)建日志文件的邏輯，刪掉了多出來的空文件，該機器恢復(fù)正常。