为什么用ls和du显示出来的文件大小有差别？

曾经有几次，我用ls和du查看一个文件的大小，发现二者显示出来的大小并不一致，例如：

bl@d3:~/test/sparse_file$ ls -l fs.img
-rw-r--r-- 1 bl bl 1073741824 2012-02-17 05:09 fs.img

bl@d3:~/test/sparse_file$ du -sh fs.img
0       fs.img

这里ls显示出fs.img的大小是1073741824字节（1GB），而du显示出fs.img的大小是0。

原来一直没有深究这个问题，今天特来补上。

造成这二者不同的原因主要有两点：

• 稀疏文件（sparse file）
• ls和du显示出的size有不同的含义

先来看一下稀疏文件。稀疏文件只文件中有“洞”（hole）的文件，例如有C写一个创建有“洞”的文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd = open("sparse.file", O_RDWR|O_CREAT);
    lseek(fd, 1024, SEEK_CUR);
    write(fd, "\0", 1);

    return 0;
}

从这个文件可以看出，创建一个有“洞”的文件主要是用lseek移动文件指针超过文件末尾，然后write，这样就形成了一个“洞”。

用Shell也可以创建稀疏文件：

$ dd if=/dev/zero of=sparse_file.img bs=1M seek=1024 count=0
0+0 records in
0+0 records out

使用稀疏文件的优点如下（Wikipedia上的原文）：

The advantage of sparse files is that storage is only allocated when actually needed: disk space is saved, and large files can be created even if there is insufficient free space on the file system.

即稀疏文件中的“洞”可以不占存储空间。

再来看一下ls和du输出的文件大小的含义（Wikipedia上的原文）：

The du command which prints the occupied space, while ls print the apparent size。

换句话说，ls显示文件的“逻辑上”的size，而du显示文件“物理上”的size，即du显示的size是文件在硬盘上占据了多少个block计算出来的。举个例子：

bl@d3:~/test/sparse_file$ echo -n 1 > 1B.txt
bl@d3:~/test/sparse_file$ ls -l 1B.txt
-rw-r--r-- 1 bl bl 1 2012-02-19 05:17 1B.txt
bl@dl3:~/test/sparse_file$ du -h 1B.txt
4.0K    1B.txt

这里我们先创建一个文件1B.txt，大小是一个字节，ls显示出的size就是1Byte，而1B.txt这个文件在硬盘上会占用N个block，然后根据每个block的大小计算出来的。这里之所以用了N，而不是一个具体的数字，是因为隐藏在幕后的细节还很多，例如Fragment size，我们以后再讨论。

当然，上述这些都是ls和du的缺省行为，ls和du分别提供了不同参数来改变这些行为。比如ls的-s选项（print the allocated size of each file, in blocks）和du的–apparent-size选项（print  apparent  sizes,  rather than disk usage; although the apparent size is usually smaller, it may be larger due to holes in (`sparse’) files, internal fragmentation, indirect blocks, and the like）。

此外，对于拷贝稀疏文件，cp缺省情况下会做一些优化，以加快拷贝的速度。例如：

strace cp fs.img fs.img.copy >log 2>&1

打开log文件，我们发现cp命令只是read和lseek，并没有write。

stat("fs.img.copy", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, ...}) = 0
stat("fs.img", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1073741824, ...}) = 0
stat("fs.img.copy", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, ...}) = 0
open("fs.img", O_RDONLY)                = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1073741824, ...}) = 0
open("fs.img.copy", O_WRONLY|O_TRUNC)   = 4
fstat(4, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, ...}) = 0
mmap(NULL, 532480, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f90df965000
read(3, "\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"..., 524288) = 524288
lseek(4, 524288, SEEK_CUR)              = 524288
read(3, "\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"..., 524288) = 524288
lseek(4, 524288, SEEK_CUR)              = 1048576
read(3, "\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"..., 524288) = 524288
lseek(4, 524288, SEEK_CUR)              = 1572864

这和cp的关于sparse的选项有关，看cp的manpage：

By  default,  sparse  SOURCE files are detected by a crude heuristic and the corresponding DEST file is made sparse as well.  That is the behavior selected by –sparse=auto.  Specify –sparse=always to create a sparse DEST file whenever the SOURCE file contains a long enough sequence of  zero bytes.  Use –sparse=never to inhibit creation of sparse files.

看了一下cp的源代码，发现每次read之后，cp会判断读到的内容是不是都是0，如果是就只lseek而不write。

当然对于sparse文件的处理，对于用户都是透明的。