Inode 层

术语 inode 可以有两个相关的含义。它可以指包含文件大小和数据块编号列表的磁盘上数据结构。或者“inode”可以指内存中的 inode，它包含磁盘上 inode 的副本以及内核中所需的额外信息。

磁盘上的 inode 被打包在一个称为 inode 块的连续磁盘区域中。每个 inode 大小相同，因此给定一个数字 n，很容易在磁盘上找到第 n 个 inode。实际上，这个数字 n，称为 inode 号或 i-number，是实现中标识 inode 的方式。

磁盘上的 inode 由一个 struct dinode 定义。type 字段区分文件、目录和特殊文件（设备）。类型为零表示磁盘上的 inode 是空闲的。nlink 字段计算引用此 inode 的目录条目数，以便识别何时应释放磁盘上的 inode 及其数据块。size 字段记录文件内容的字节数。addrs 数组记录保存文件内容的磁盘块的块号。

内核将活动 inode 集保存在内存中一个名为 itable 的表中；struct inode 是磁盘上 struct dinode 的内存副本。内核仅在有 C 指针引用该 inode 时才将其存储在内存中。ref 字段计算引用内存中 inode 的 C 指针数，如果引用计数降至零，内核会从内存中丢弃该 inode。iget 和 iput 函数获取和释放指向 inode 的指针，修改引用计数。指向 inode 的指针可以来自文件描述符、当前工作目录和临时内核代码，例如 exec。

xv6 的 inode 代码中有四种锁或类似锁的机制。itable.lock 保护了 inode 在 inode 表中最多出现一次的不变量，以及内存中 inode 的 ref 字段计算指向该 inode 的内存指针数的不变量。每个内存中的 inode 都有一个 lock 字段，其中包含一个休眠锁，确保对 inode 字段（如文件长度）以及 inode 的文件或目录内容块的独占访问。inode 的 ref，如果大于零，会导致系统在表中维护该 inode，并且不重用该表条目用于不同的 inode。最后，每个 inode 包含一个 nlink 字段（在磁盘上，如果在内存中则复制在内存中），计算引用文件的目录条目数；如果其链接计数大于零，xv6 不会释放 inode。

由 iget() 返回的 struct inode 指针保证在相应的 iput() 调用之前是有效的；inode 不会被删除，并且指针引用的内存不会被重用于不同的 inode。iget() 提供对 inode 的非独占访问，因此可以有许多指向同一 inode 的指针。文件系统代码的许多部分都依赖于 iget() 的这种行为，既用于持有对 inode 的长期引用（如打开的文件和当前目录），又用于在避免操作多个 inode 的代码中死锁的同时防止竞争（如路径名查找）。

iget 返回的 struct inode 可能没有任何有用的内容。为了确保它持有磁盘上 inode 的副本，代码必须调用 ilock。这将锁定 inode（以便没有其他进程可以 ilock 它）并从磁盘读取 inode，如果尚未读取的话。iunlock 释放 inode 上的锁。将 inode 指针的获取与锁定分开在某些情况下有助于避免死锁，例如在目录查找期间。多个进程可以持有由 iget 返回的指向 inode 的 C 指针，但一次只有一个进程可以锁定该 inode。

inode 表只存储那些内核代码或数据结构持有 C 指针的 inode。它的主要工作是同步多个进程的访问。inode 表也恰好缓存了频繁使用的 inode，但缓存是次要的；如果一个 inode 被频繁使用，缓冲区缓存很可能会将其保存在内存中。修改内存中 inode 的代码会使用 iupdate 将其写入磁盘。