i-node（アイノード）

2025年10月30日

i-node（アイノード）

英語表記: i-node (Index Node)

概要

i-node（アイノード）とは、UNIX系OSのファイルシステム構造において、ファイルやディレクトリに関するあらゆるメタデータ（付帯情報）を管理するために使用される重要なデータ構造です。これは、ファイルの実データがどこに保存されているかを示す「住所録」のような役割を果たしており、ファイルシステム構造の根幹をなす要素だと考えて差し支えありません。OSの基本機能であるファイル管理を効率的かつ確実に行うために、ファイル名とは別に一意の番号（i-node番号）によって識別されます。

このi-nodeの存在こそが、OSの基本機能（プロセス管理, メモリ管理）を実現する上で不可欠なファイルシステムの信頼性を保証しているのです。

詳細解説

i-nodeは、ファイルの実データ（内容）そのものではなく、その実データを管理するための情報（メタデータ）を格納する構造体です。この設計の目的は、ファイルシステム内でのデータ管理とアクセス制御を効率的に分離することにあります。ファイルシステムがファイルシステム構造として機能するためには、この分離が極めて重要です。

目的と構造

なぜファイルの実データとメタデータを分けるのでしょうか。それは、OSがファイルを操作する際、常に実データ全体にアクセスする必要はなく、ファイルの属性（パーミッション、サイズ、場所など）だけを参照して処理を決定できるからです。これにより、OSのI/O処理が劇的に効率化されます。

i-nodeが格納する主要な情報は以下の通りです。どれもOSがファイルを管理し、プロセスに提供する上で欠かせない情報ばかりです。

ファイルタイプとパーミッション: ファイルが通常ファイルなのか、ディレクトリなのか、あるいは特殊ファイルなのかを示す情報。また、誰が読み書き実行できるかというアクセス権限（パーミッション）も含まれます。これはマルチユーザー環境におけるプロセス管理において、セキュリティを担保する上で核となります。
所有者（User ID, Group ID）: ファイルを作成・所有しているユーザーとグループの識別子です。
タイムスタンプ: ファイルの作成日時、最終更新日時、最終アクセス日時などが記録されます。
リンクカウント: そのi-nodeを指し示しているディレクトリ内のエントリ（ファイル名）の数です。これが0になると、OSはi-nodeと実データを解放します。
ファイルサイズ: ファイルの論理的なサイズです。
データブロックへのポインタ: 最も重要な情報です。ファイルの実データがディスク上のどの物理的なブロックに保存されているかを示すアドレス情報が含まれています。このポインタ構造が、OSによる効率的なメモリ管理（ディスクI/Oの最適化）を可能にしています。

i-nodeによるファイルアクセス

ファイルにアクセスする際、OSは以下の手順を踏みます。

ユーザーがファイル名（例: /home/user/document.txt）を指定します。
OSはまずディレクトリ構造を辿り、指定されたファイル名に対応する「i-node番号」を探し出します。ファイル名とi-node番号の対応表がディレクトリの実体です。
OSはこの一意のi-node番号を使って、ディスク上のi-nodeテーブルから該当するi-node構造体を読み込みます。
i-node構造体に含まれるパーミッション情報を確認し、アクセスが許可されているか判断します（プロセス管理の側面）。
許可されていれば、i-node内のデータブロックへのポインタ情報に基づき、ディスク上の実データブロックを読み出し、プロセスに渡します。

このように、i-nodeはファイル名と実データの間に立つ「仲介者」のような役割を担っています。ファイルシステムが構造として成り立ち、OSの他の基本機能（アクセス制御やメモリ管理）と連携するために、このi-node構造は本当に巧妙に設計されていると感心しますね。

ハードリンクとi-node

i-nodeの特性を理解する上で、ハードリンクの概念は非常に役立ちます。ハードリンクを作成するということは、同じi-node番号に対して、別のファイル名を割り当てるということです。つまり、複数のファイル名が、同じ実データとメタデータを共有している状態になります。実データは一つなのに、複数の名前を持つことができるのは、i-nodeがファイルの実体を一意に識別しているからです。ファイルシステム構造の柔軟性を高める、非常に賢い仕組みだと思います。

具体例・活用シーン

i-nodeの概念は、特にUNIX/Linuxシステム管理者にとって、日々の運用で非常に重要になります。

1. 図書館の蔵書カード（アナロジー）

i-nodeを理解するための最も分かりやすい比喩は、「図書館の蔵書カード」です。

ファイル名（例：『吾輩は猫である』）：図書館の棚に貼られた本のタイトルです。
i-node（蔵書カード）：このカードには、本のタイトルではなく、「請求記号（i-node番号）」が振られています。さらに、誰が借りられるか（パーミッション）、本のサイズ（ファイルサイズ）、いつ登録されたか（タイムスタンプ）、そして最も重要な「本の保管場所（データブロックへのポインタ）」が書かれています。
実データ（本の内容）：実際に本棚に置かれている本そのものです。

利用者が本を探すとき、まずタイトル（ファイル名）を見て、対応する蔵書カード（i-node）を見つけます。カードに書かれた保管場所（データブロック）へ行って、初めて本（実データ）を取り出すことができます。タイトル（ファイル名）が変わっても、蔵書カード（i-node）の情報は変わらないため、実データへのアクセス経路は維持されます。この構造こそが、ファイルシステム構造の安定性を支えているのです。

2. i-node枯渇問題

実務において、i-nodeの重要性が痛感されるのは「i-node枯渇問題」が発生した時です。

ディスク容量（実データを格納するスペース）にはまだ十分な空きがあるにもかかわらず、「ファイルを作成できません」というエラーが出ることがあります。これは、ファイルシステムが管理できるi-nodeの総数（通常、ファイルシステム作成時に決定される）を使い切ってしまったために起こります。

例えば、非常に小さなファイル（数キロバイト程度）を大量に作成するようなシステム（メールサーバーのスプールディレクトリやWebキャッシュなど）では、ディスクの空き容量よりもi-nodeの空き数が先に尽きてしまうことがあります。

この状況は、OSの基本機能であるリソース管理が破綻している状態を示します。「実データは置けるが、その実データの管理台帳（i-node）をこれ以上作れない」という、システム管理者にとっては非常に悩ましい問題です。この具体的な現象を通して、i-nodeが単なるメタデータではなく、ファイルシステムにおける有限かつ必須のリソースであることが理解できます。

資格試験向けチェックポイント

i-nodeは、基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、ファイルシステムに関する理解度を測る上で頻出するテーマです。ITパスポートでは詳細な構造は問われにくいですが、概念は重要です。

i-nodeの役割: i-nodeはファイルの実体（データブロック）ではなく、そのメタデータ（属性情報）を管理する構造体である、という定義を確実に覚えましょう。ファイルサイズ、パーミッション、所有者、データブロックへのポインタが含まれることを押さえてください。
一意性: i-nodeはファイルシステム内で一意の識別子（i-node番号）を持ちます。ファイル名はこのi-node番号に対応付けられるため、ファイル名が変わってもi-node番号は変わりません。
ハードリンクとの関係: ハードリンクは、一つのi-nodeに対して複数のファイル名（ディレクトリのエントリ）が対応付けられている状態です。ハードリンクを削除しても、リンクカウントが0にならない限り、実データは削除されない、というメカニズムを理解しておくと、ファイルシステム構造の理解が深まります。
i-node枯渇: ディスク容量が十分でも、i-nodeの空きがないためにファイルが作成できなくなる現象（i-node枯渇）は、システム管理の知識として問われる可能性があります。
ディレクトリの構造: ディレクトリの実体は、そのディレクトリに含まれる「ファイル名」とそれに対応する「i-node番号」のリストである、という点を理解しておきましょう。これは、OSの基本機能がどのように階層構造を管理しているかを問う問題で役立ちます。