Linuxのiノード（inode）とは？仕組みと使い方を徹底解説

Linuxでは、システム全体の一貫性を保つために、すべてが「ファイル」として扱われます。ハードウェアデバイス、プリンター、ディレクトリ、プロセスなども例外ではありません。また、音楽・テキスト・動画などの通常のファイルには、メタデータと呼ばれる追加情報が関連付けられています。

iノードとは？

iノード（inode）エントリは、Linuxファイルシステムの基盤となる重要な概念です。ファイルに関するメタデータを管理しており、Linux内部の動作に欠かせない要素となっています。

ファイルシステムの構造

ファイルシステムは「データブロック」と「iノード」の2つの領域に分けられています。ブロック数は作成時に固定され、後から変更することはできません。

ファイル名、パス、保存場所、リンクなどの属性情報は、ディレクトリ内には直接格納されていません。ディレクトリとは、単にファイル名と対応するiノード番号を紐付けたテーブルにすぎません。

ハードリンクを作成すると、同じファイルに対して複数の名前を持たせることができます。ハードリンクを作成すると、テーブルに新しい名前とiノードのエントリが追加されるだけで、ファイル本体は移動しません。

大きなファイルを移動する場合、データを実際に移動すると時間がかかります。そこで、新しいディレクトリに名前のエントリを作成し、古いエントリを削除する方が効率的です。ファイル名の変更も、同じ仕組みによって行われています。

階層構造の最上部にはファイルシステムそのものがあり、その中にファイル名が含まれます。ファイル名はiノードにリンクし、iノードはさらに物理的なデータへとリンクしています。

Linuxにおけるiノードの役割

iノードはデータ構造の一種で、ファイルシステム上のファイルやディレクトリを定義し、ディレクトリエントリとして格納されます。iノードはファイルを構成するブロックを指し示しており、ファイルを読み出すために必要な管理データをすべて保持しています。すべてのファイルのメタデータは、テーブル構造のiノードに保存されます。

プログラムがファイル名を使ってファイルを参照すると、システムはディレクトリエントリ内を検索し、対応するiノードを呼び出します。これにより、システムは処理や操作に必要なファイルのデータと情報を取得できるのです。

iノードは通常、パーティションの先頭付近に配置されます。iノードには、ファイル名と実際のデータを除く、ファイルに関連するすべての情報が格納されます。Linuxのどのディレクトリにあるファイルにも、ファイル名とiノード番号が割り当てられており、ユーザーはiノード番号を参照することでファイルのメタデータを取得できます。

ファイル名とiノード番号は別個のインデックスに保存され、iノードへとリンクしています。つまり、ファイルを表すメタデータへの参照が可能です。下の画像のように、複数のファイル名が1つのデータ（iノード）にリンクすることもあります。

iノード番号とは

Linuxの構造において、すべてのiノードには固有の番号が割り当てられています。これはインデックス番号とも呼ばれ、以下の属性を持ちます。

• サイズ
• 所有者
• 日時
• アクセス権限とアクセス制御
• ディスク上の場所
• ファイルタイプ
• リンク数
• その他のファイルに関するメタデータ

iノード番号の一覧を確認するには、次のコマンドを使用します。

ls -i

下のスクリーンショットでは、ディレクトリ内のiノード番号が左端の列に表示されています。

iノードの仕組み

新しいファイルを作成すると、ファイル名とiノード番号が割り当てられ、両方ともディレクトリのエントリとして保存されます。ls -li コマンドを実行すると、ディレクトリに保存されているファイル名とiノード番号の一覧を確認できます。

各ファイルシステムのiノード情報を一覧表示するには、次のコマンドを使用します。

df -hi

iノードの使用量を確認するには？

ファイルシステムの容量不足の一因として、iノードを使い切ってしまうことが挙げられます。ディスクに十分な空き容量があっても、iノードが枯渇すると新しいファイルを作成できなくなります。

さらに、iノードを使い切るとシステムが突然停止することもあります。使用済み・空き・使用率などのiノード使用状況の統計を確認するには、次のコマンドを入力します。

sudo df -ih

iノードのその他の活用例

Linuxにおけるiノードの仕組み上、iノード番号が重複することはありません。異なるファイルシステム間でハードリンクを作成することはできませんが、ソフトリンクであれば異なるファイルシステム間でも利用可能です。また、元のファイルを削除しても、ハードリンク経由でデータにアクセスし続けることができます。

ファイルを削除するということは、特定のiノード番号を指す名前を1つ削除するだけです。データは、同じiノード番号に関連付けられたすべての名前を削除するまで残り続けます。Linuxシステムが再起動なしで更新できるのは、iノードのこの仕組みが大きく寄与しています。

あるプロセスがライブラリファイルを使用している最中に、別のプロセスが同じファイルを新しいバージョンで置き換え、新しいiノードを作成することもあります。この場合、実行中のプロセスは引き続き古いファイルを使用し、次回同じプロセスを実行したときに新バージョンが使われます。

ユーザーがiノードと直接やり取りすることはありませんが、iノードはLinuxファイル構造を支える根幹的なコンポーネントなのです。