Linux常见文件结构体全面解释

Linux常见文件结构体全面解释

　　1.1 struct file

　　struct file结构体定义在include/linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的 struct file。它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码 中，struct file的指针通常被命名为file或filp。如下所示：

　　struct file {

　　union {

　　struct list_head fu_list; 文件对象链表指针linux/include/linux/list.h

　　struct rcu_head fu_rcuhead; RCU(Read-Copy Update)是Linux 2.6内核中新的锁机制

　　} f_u;

　　struct path f_path; 包含dentry和mnt两个成员，用于确定文件路径

　　#define f_dentry f_path.dentry f_path的成员之一，当前文件的dentry结构

　　#define f_vfsmnt f_path.mnt 表示当前文件所在文件系统的挂载根目录

　　const struct file_operations *f_op; 与该文件相关联的操作函数

　　atomic_t f_count; 文件的引用计数(有多少进程打开该文件)

　　unsigned int f_flags; 对应于open时指定的flag

　　mode_t f_mode; 读写模式：open的mod_t mode参数

　　off_t f_pos; 该文件在当前进程中的文件偏移量

　　struct fown_struct f_owner; 该结构的作用是通过信号进行I/O时间通知的数据。

　　unsigned int f_uid, f_gid; 文件所有者id，所有者组id

　　struct file_ra_state f_ra; 在linux/include/linux/fs.h中定义，文件预读相关

　　unsigned long f_version;

　　#ifdef CONFIG_SECURITY

　　void *f_security;

　　#endif

　　/* needed for tty driver, and maybe others */

　　void *private_data;

　　#ifdef CONFIG_EPOLL

　　/* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */

　　struct list_head f_ep_links;

　　spinlock_t f_ep_lock;

　　#endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */

　　struct address_space *f_mapping;

　　};

　　1.2 struct dentry

　　dentry的中文名称是目录项，是Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接。这个索引节点可以是文件，也可以是目录。 inode(可理解为ext2 inode)对应于物理磁盘上的具体对象，dentry是一个内存实体，其中的d_inode成员指向对应的inode。也就是说，一个inode可以在 运行的时候链接多个dentry，而d_count记录了这个链接的数量。

　　struct dentry {

　　atomic_t d_count; 目录项对象使用计数器,可以有未使用态,使用态和负状态

　　unsigned int d_flags; 目录项标志

　　struct inode * d_inode; 与文件名关联的索引节点

　　struct dentry * d_parent; 父目录的目录项对象

　　struct list_head d_hash; 散列表表项的指针

　　struct list_head d_lru; 未使用链表的指针

　　struct list_head d_child; 父目录中目录项对象的链表的指针

　　struct list_head d_subdirs; 对目录而言，表示子目录目录项对象的链表

　　struct list_head d_alias; 相关索引节点(别名)的链表

　　int d_mounted; 对于安装点而言，表示被安装文件系统根项

　　struct qstr d_name; 文件名

　　unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */

　　struct dentry_operations *d_op; 目录项方法

　　struct super_block * d_sb; 文件的超级块对象

　　vunsigned long d_vfs_flags;

　　void * d_fsdata; 与文件系统相关的数据

　　unsigned char d_iname [DNAME_INLINE_LEN]; 存放短文件名

　　};

　　1.3 struct files_struct

　　对于每个进程，包含一个files_struct结构，用来记录文件描述符的使用情况，定义在include/linux/file.h中

　　struct files_struct

　　{

　　atomic_t count; 使用该表的进程数

　　struct fdtable *fdt;

　　struct fdtable fdtab;

　　spinlock_t file_lock ____cacheline_aligned_in_smp;

　　int next_fd; 数值最小的最近关闭文件的文件描述符,下一个可用的文件描述符

　　struct embedded_fd_set close_on_exec_init; 执行exec时需要关闭的文件描述符初值集合

　　struct embedded_fd_set open_fds_init; 文件描述符的屏蔽字初值集合

　　struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 默认打开的fd队列

　　};

　　struct fdtable {

　　unsigned int max_fds;

　　struct file ** fd; 指向打开的文件描述符列表的指针，开始的时候指向fd_array，

　　当超过max_fds时，重新分配地址

　　fd_set *close_on_exec; 执行exec需要关闭的文件描述符位图(fork，exec即不被子进程继承的文件

　　描述符)

　　fd_set *open_fds; 打开的文件描述符位图

　　struct rcu_head rcu;

　　struct fdtable *next;

　　};

　　1.4 struct fs_struct

　　struct fs_struct {

　　atomic_t count; 计数器

　　rwlock_t lock; 读写锁

　　int umask;

　　struct dentry * root, * pwd, * altroot;根目录("/")，当前目录以及替换根目录

　　struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;

　　};

　　1.5 struct inode

　　索引节点对象由inode结构体表示，定义文件在linux/fs.h中。

　　struct inode {

　　struct hlist_node i_hash; 哈希表

　　struct list_head i_list; 索引节点链表

　　struct list_head i_dentry; 目录项链表

　　unsigned long i_ino; 节点号

　　atomic_t i_count; 引用记数

　　umode_t i_mode; 访问权限控制

　　unsigned int i_nlink; 硬链接数

　　uid_t i_uid; 使用者id

　　gid_t i_gid; 使用者id组

　　kdev_t i_rdev; 实设备标识符

　　loff_t i_size; 以字节为单位的文件大小

　　struct timespec i_atime; 最后访问时间

　　struct timespec i_mtime; 最后修改(modify)时间

　　struct timespec i_ctime; 最后改变(change)时间

　　unsigned int i_blkbits; 以位为单位的块大小

　　unsigned long i_blksize; 以字节为单位的块大小

　　unsigned long i_version; 版本号

　　unsigned long i_blocks; 文件的块数

　　unsigned short i_bytes; 使用的字节数

　　spinlock_t i_lock; 自旋锁

　　struct rw_semaphore i_alloc_sem; 索引节点信号量

　　struct inode_operations *i_op; 索引节点操作表

　　struct file_operations *i_fop; 默认的索引节点操作

　　struct super_block *i_sb; 相关的超级块

　　struct file_lock *i_flock; 文件锁链表

　　struct address_space *i_mapping; 相关的地址映射

　　struct address_space i_data; 设备地址映射

　　struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS];节点的磁盘限额

　　struct list_head i_devices; 块设备链表

　　struct pipe_inode_info *i_pipe; 管道信息

　　struct block_device *i_bdev; 块设备驱动

　　unsigned long i_dnotify_mask;目录通知掩码

　　struct dnotify_struct *i_dnotify; 目录通知

　　unsigned long i_state; 状态标志

　　unsigned long dirtied_when;首次修改时间

　　unsigned int i_flags; 文件系统标志

　　unsigned char i_sock; 套接字

　　atomic_t i_writecount; 写者记数

　　void *i_security; 安全模块

　　__u32 i_generation; 索引节点版本号

　　union {

　　void *generic_ip;文件特殊信息

　　} u;

　　};

　　我们在进程中打开一个文件F，实际上就是要在内存中建立F的dentry,和inode结构，并让它们与进程结构联系来，把VFS中定义的接口给接起来。我们来看一看这个经典的图：

　　

 

　　下图为多个进程打开同一文件的情况：