新建一个空文件会不会占用磁盘空间

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 当操作完成后，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。

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。

1 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

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。

2 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。

3 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？

在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所使用的数据结构。没错，文件名是存在其所属的文件夹中的，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号等信息。

4 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。

2. 新建一个空文件还需要消耗掉其所在目录的block中一定的空间，这些空间用来保存文件名，inode号等信息。

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。