索引节点

在常规 UNIX 文件系统中，inode 存储所有与文件相关的元数据（时间戳、块映射、扩展属性等），而不是目录项。要查找与文件关联的信息，必须遍历目录文件以找到与文件关联的目录项，然后加载 inode 以查找该文件的元数据。ext4 似乎为了性能原因稍微“作弊”：它在目录项中存储文件类型（通常存储在 inode 中）的副本。（与 FAT 相比，FAT 将所有文件信息直接存储在目录项中，但不支持硬链接，并且由于其更简单的块分配器和广泛使用链表，通常比 ext4 更频繁地进行寻道操作。）

inode 表是一个 struct ext4_inode 的线性数组。该表的大小足以存储至少 sb.s_inode_size * sb.s_inodes_per_group 字节。包含 inode 的块组号可以计算为 (inode_number - 1) / sb.s_inodes_per_group，而在该组表中的偏移量是 (inode_number - 1) % sb.s_inodes_per_group。不存在 inode 0。

inode 校验和是根据文件系统 UUID、inode 号和 inode 结构本身计算的。

inode 表项在 struct ext4_inode 中布局。

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le16	i_mode	文件模式。参见下方表格 i_mode。
0x2	__le16	i_uid	所有者 UID 的低 16 位。
0x4	__le32	i_size_lo	文件大小（字节）的低 32 位。
0x8	__le32	i_atime	上次访问时间，自纪元以来的秒数。但是，如果设置了 EA_INODE inode 标志，则此 inode 存储扩展属性值，并且此字段包含该值的校验和。
0xC	__le32	i_ctime	上次 inode 更改时间，自纪元以来的秒数。但是，如果设置了 EA_INODE inode 标志，则此 inode 存储扩展属性值，并且此字段包含属性值的引用计数低 32 位。
0x10	__le32	i_mtime	上次数据修改时间，自纪元以来的秒数。但是，如果设置了 EA_INODE inode 标志，则此 inode 存储扩展属性值，并且此字段包含拥有该扩展属性的 inode 号。
0x14	__le32	i_dtime	删除时间，自纪元以来的秒数。
0x18	__le16	i_gid	GID 的低 16 位。
0x1A	__le16	i_links_count	硬链接计数。通常，ext4 不允许 inode 拥有超过 65,000 个硬链接。这适用于文件和目录，这意味着一个目录中不能有超过 64,998 个子目录（每个子目录的“..”条目算作一个硬链接，目录本身的“.”条目也算）。启用 DIR_NLINK 特性后，ext4 通过将此字段设置为 1 来支持超过 64,998 个子目录，表示硬链接数量未知。
0x1C	__le32	i_blocks_lo	“块”计数的低 32 位。如果文件系统上未设置 huge_file 特性标志，则文件在磁盘上占用 i_blocks_lo 个 512 字节块。如果 huge_file 已设置且 inode.i_flags 中未设置 EXT4_HUGE_FILE_FL，则文件在磁盘上占用 i_blocks_lo + (i_blocks_hi << 32) 个 512 字节块。如果 huge_file 已设置且 inode.i_flags 中已设置 EXT4_HUGE_FILE_FL，则此文件在磁盘上占用 (i_blocks_lo + i_blocks_hi << 32) 个文件系统块。
0x20	__le32	i_flags	Inode 标志。参见下方表格 i_flags。
0x24	4 bytes	i_osd1	更多详细信息请参见表格 i_osd1。
0x28	60 bytes	i_block[EXT4_N_BLOCKS=15]	块映射或 extent 树。参见“inode.i_block 的内容”一节。
0x64	__le32	i_generation	文件版本（用于 NFS）。
0x68	__le32	i_file_acl_lo	扩展属性块的低 32 位。ACL 当然是众多可能的扩展属性之一；我认为此字段的名称是由于首次使用扩展属性用于 ACL 的结果。
0x6C	__le32	i_size_high / i_dir_acl	文件/目录大小的高 32 位。在 ext2/3 中，此字段名为 i_dir_acl，尽管它通常设置为零且从未使用过。
0x70	__le32	i_obso_faddr	（已过时）碎片地址。
0x74	12 bytes	i_osd2	更多详细信息请参见表格 i_osd2。
0x80	__le16	i_extra_isize	此 inode 的大小 - 128。或者，原始 ext2 inode 之外的扩展 inode 字段（包括此字段）的大小。
0x82	__le16	i_checksum_hi	inode 校验和的高 16 位。
0x84	__le32	i_ctime_extra	额外更改时间位。这提供亚秒精度。参见 inode 时间戳部分。
0x88	__le32	i_mtime_extra	额外修改时间位。这提供亚秒精度。
0x8C	__le32	i_atime_extra	额外访问时间位。这提供亚秒精度。
0x90	__le32	i_crtime	文件创建时间，自纪元以来的秒数。
0x94	__le32	i_crtime_extra	额外文件创建时间位。这提供亚秒精度。
0x98	__le32	i_version_hi	版本号的高 32 位。
0x9C	__le32	i_projid	项目 ID。

i_mode 值是以下标志的组合

值	描述
0x1	S_IXOTH (其他用户可执行)
0x2	S_IWOTH (其他用户可写入)
0x4	S_IROTH (其他用户可读取)
0x8	S_IXGRP (组员可执行)
0x10	S_IWGRP (组员可写入)
0x20	S_IRGRP (组员可读取)
0x40	S_IXUSR (所有者可执行)
0x80	S_IWUSR (所有者可写入)
0x100	S_IRUSR (所有者可读取)
0x200	S_ISVTX (粘滞位)
0x400	S_ISGID (设置 GID)
0x800	S_ISUID (设置 UID)
	这些是互斥的文件类型
0x1000	S_IFIFO (FIFO)
0x2000	S_IFCHR (字符设备)
0x4000	S_IFDIR (目录)
0x6000	S_IFBLK (块设备)
0x8000	S_IFREG (常规文件)
0xA000	S_IFLNK (符号链接)
0xC000	S_IFSOCK (套接字)

i_flags 字段是这些值的组合

值	描述
0x1	此文件需要安全删除 (EXT4_SECRM_FL)。（未实现）
0x2	如果需要恢复删除，此文件应被保留 (EXT4_UNRM_FL)。（未实现）
0x4	文件已压缩 (EXT4_COMPR_FL)。（未真正实现）
0x8	所有写入文件的操作必须是同步的 (EXT4_SYNC_FL)。
0x10	文件不可变 (EXT4_IMMUTABLE_FL)。
0x20	文件只能追加 (EXT4_APPEND_FL)。
0x40	dump(1) 工具不应转储此文件 (EXT4_NODUMP_FL)。
0x80	不更新访问时间 (EXT4_NOATIME_FL)。
0x100	脏的压缩文件 (EXT4_DIRTY_FL)。（未使用）
0x200	文件有一个或多个压缩簇 (EXT4_COMPRBLK_FL)。（未使用）
0x400	不压缩文件 (EXT4_NOCOMPR_FL)。（未使用）
0x800	加密 inode (EXT4_ENCRYPT_FL)。此位值以前是 EXT4_ECOMPR_FL（压缩错误），从未被使用。
0x1000	目录具有哈希索引 (EXT4_INDEX_FL)。
0x2000	AFS 魔法目录 (EXT4_IMAGIC_FL)。
0x4000	文件数据必须始终通过日志写入 (EXT4_JOURNAL_DATA_FL)。
0x8000	文件尾部不应合并 (EXT4_NOTAIL_FL)。（ext4 未使用）
0x10000	所有目录项数据应同步写入（参见 dirsync）(EXT4_DIRSYNC_FL)。
0x20000	目录层次结构的顶部 (EXT4_TOPDIR_FL)。
0x40000	这是一个大文件 (EXT4_HUGE_FILE_FL)。
0x80000	Inode 使用 extent (EXT4_EXTENTS_FL)。
0x100000	Verity 保护的文件 (EXT4_VERITY_FL)。
0x200000	Inode 在其数据块中存储大型扩展属性值 (EXT4_EA_INODE_FL)。
0x400000	此文件有超出文件尾的已分配块 (EXT4_EOFBLOCKS_FL)。（已弃用）
0x01000000	Inode 是一个快照 (EXT4_SNAPFILE_FL)。（不在主线中）
0x04000000	快照正在删除 (EXT4_SNAPFILE_DELETED_FL)。（不在主线中）
0x08000000	快照收缩已完成 (EXT4_SNAPFILE_SHRUNK_FL)。（不在主线中）
0x10000000	Inode 具有内联数据 (EXT4_INLINE_DATA_FL)。
0x20000000	使用相同的项目 ID 创建子级 (EXT4_PROJINHERIT_FL)。
0x80000000	为 ext4 库保留 (EXT4_RESERVED_FL)。
	聚合标志
0x705BDFFF	用户可见标志。
0x604BC0FF	用户可修改标志。请注意，虽然 EXT4_JOURNAL_DATA_FL 和 EXT4_EXTENTS_FL 可以通过 setattr 设置，但它们不在内核的 EXT4_FL_USER_MODIFIABLE 掩码中，因为内核需要以特殊方式处理这些标志的设置，并且它们从直接保存到 i_flags 的标志集中被屏蔽掉。

osd1 字段根据创建者的不同有多种含义

Linux

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le32	l_i_version	Inode 版本。但是，如果设置了 EA_INODE inode 标志，则此 inode 存储扩展属性值，并且此字段包含属性值引用计数的高 32 位。

Hurd

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le32	h_i_translator	??

Masix

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le32	m_i_reserved	??

osd2 字段根据文件系统创建者的不同有多种含义

Linux

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le16	l_i_blocks_high	块计数的高 16 位。请参见 i_blocks_lo 附带的注释。
0x2	__le16	l_i_file_acl_high	扩展属性块（历史上是文件 ACL 位置）的高 16 位。参见下方扩展属性一节。
0x4	__le16	l_i_uid_high	所有者 UID 的高 16 位。
0x6	__le16	l_i_gid_high	GID 的高 16 位。
0x8	__le16	l_i_checksum_lo	inode 校验和的低 16 位。
0xA	__le16	l_i_reserved	未使用。

Hurd

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le16	h_i_reserved1	??
0x2	__u16	h_i_mode_high	文件模式的高 16 位。
0x4	__le16	h_i_uid_high	所有者 UID 的高 16 位。
0x6	__le16	h_i_gid_high	GID 的高 16 位。
0x8	__u32	h_i_author	作者代码？

Masix

偏移量	大小	名称	描述
0x0	__le16	h_i_reserved1	??
0x2	__u16	m_i_file_acl_high	扩展属性块（历史上是文件 ACL 位置）的高 16 位。
0x4	__u32	m_i_reserved2[2]	??

Inode 大小

在 ext2 和 ext3 中，inode 结构大小固定为 128 字节 (EXT2_GOOD_OLD_INODE_SIZE)，每个 inode 的磁盘记录大小为 128 字节。从 ext4 开始，可以在格式化时为文件系统中的所有 inode 分配更大的磁盘 inode，以提供超出原始 ext2 inode 结尾的空间。磁盘 inode 记录大小在超级块中记录为 s_inode_size。实际被 struct ext4_inode 使用的超出原始 128 字节 ext2 inode 的字节数记录在每个 inode 的 i_extra_isize 字段中，这允许 struct ext4_inode 在新的内核中增长而无需升级所有磁盘上的 inode。访问超出 EXT2_GOOD_OLD_INODE_SIZE 的字段应验证其是否在 i_extra_isize 范围内。默认情况下，ext4 inode 记录为 256 字节，并且（截至 2019 年 8 月）inode 结构为 160 字节 (i_extra_isize = 32)。inode 结构末尾与 inode 记录末尾之间的额外空间可用于存储扩展属性。每个 inode 记录可以和文件系统块大小一样大，尽管这效率不高。

查找 Inode

每个块组包含 sb->s_inodes_per_group 个 inode。因为 inode 0 被定义为不存在，所以可以使用以下公式找到 inode 所在的块组：bg = (inode_num - 1) / sb->s_inodes_per_group。特定的 inode 可以在块组的 inode 表中通过 index = (inode_num - 1) % sb->s_inodes_per_group 找到。要获取 inode 表中的字节地址，请使用 offset = index * sb->s_inode_size。

Inode 时间戳

inode 结构的低 128 字节中记录了四个时间戳——inode 更改时间 (ctime)、访问时间 (atime)、数据修改时间 (mtime) 和删除时间 (dtime)。这四个字段是 32 位带符号整数，表示自 Unix 纪元（1970-01-01 00:00:00 GMT）以来的秒数，这意味着这些字段将在 2038 年 1 月溢出。如果文件系统没有 orphan_file 特性，则未从任何目录链接但仍打开的 inode（孤立 inode）的 dtime 字段被重载用于孤立列表。s_last_orphan 超级块字段指向孤立列表中的第一个 inode；dtime 则是下一个孤立 inode 的编号，如果没有更多孤立 inode 则为零。

如果 inode 结构大小 sb->s_inode_size 大于 128 字节，并且 i_inode_extra 字段足够大以包含相应的 i_[cma]time_extra 字段，则 ctime、atime 和 mtime inode 字段将被扩展为 64 位。在这个“额外”的 32 位字段中，低两位用于将 32 位秒字段扩展为 34 位宽；高 30 位用于提供纳秒级时间戳精度。因此，时间戳直到 2446 年 5 月才应溢出。dtime 未被扩展。还有一个第五个时间戳用于记录 inode 创建时间 (crtime)；此字段为 64 位宽，并以与 64 位 [cma]time 相同的方式解码。crtime 和 dtime 都无法通过常规的 stat() 接口访问，尽管 debugfs 会报告它们。

我们使用 32 位带符号时间值加上 (2^32 * (额外纪元位))。换句话说：

额外纪元位	32 位时间的最高有效位 (MSB)	从 32 位带符号调整到 64 位 tv_sec 的调整	解码后的 64 位 tv_sec	有效时间范围
0 0	1	0	-0x80000000 - -0x00000001	1901-12-13 至 1969-12-31
0 0	0	0	0x000000000 - 0x07fffffff	1970-01-01 至 2038-01-19
0 1	1	0x100000000	0x080000000 - 0x0ffffffff	2038-01-19 至 2106-02-07
0 1	0	0x100000000	0x100000000 - 0x17fffffff	2106-02-07 至 2174-02-25
1 0	1	0x200000000	0x180000000 - 0x1ffffffff	2174-02-25 至 2242-03-16
1 0	0	0x200000000	0x200000000 - 0x27fffffff	2242-03-16 至 2310-04-04
1 1	1	0x300000000	0x280000000 - 0x2ffffffff	2310-04-04 至 2378-04-22
1 1	0	0x300000000	0x300000000 - 0x37fffffff	2378-04-22 至 2446-05-10

这是一种有些奇怪的编码，因为正值的数量实际上是负值的七倍。此外，自 2038 年以来，解码和编码日期一直存在长期存在的错误，截至内核 3.12 和 e2fsprogs 1.42.8 似乎尚未修复。64 位内核错误地将额外纪元位 1,1 用于 1901 年至 1970 年之间的日期。在某个时候，内核将会修复此问题，并且 e2fsck 也会修复此情况，前提是在 2310 年之前运行它。