linux中什么是文件结构体？

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。

 

struct file 的最重要成员在这展示. 1.mode_t f_mode;       文件模式确定文件是可读的或者是可写的(或者都是), 通过位 FMODE_READ 和FMODE_WRITE. 你可能想在你的 open 或者 ioctl 函数中检查这个成员的读写许可, 但是不需要检查读写许可, 因为内核在调用你的方法之前检查. 当文件还没有为那种存取而打开时读或写的企图被拒绝, 驱动甚至不知道这个情况. 2.loff_t f_pos;       当前读写位置. loff_t 在所有平台都是 64 位( 在 gcc 术语里是 long long ). 驱动可以读这个值,如果它需要知道文件中的当前位置, 但是正常地不应该改变它; 读和写应当使用它们作为最后参数而收到的指针来更新一个位置, 代替直接作用于 filp->f_pos. 这个规则的一个例外是在 llseek 方法中, 它的目的就是改变文件位置. 3.unsigned int f_flags;       这些是文件标志, 例如 O_RDONLY, O_NONBLOCK, 和 O_SYNC. 驱动应当检查O_NONBLOCK 标志来看是否是请求非阻塞操作; 其他标志很少使用. 特别地, 应当检查读/写许可, 使用 f_mode 而不是f_flags. 所有的标志在头文件<linux/fcntl.h> 中定义. 4.struct file_operations *f_op;       和文件关联的操作. 内核安排指针作为它的open 实现的一部分, 接着读取它当它需要分派任何的操作时. filp->f_op 中的值从不由内核保存为后面的引用; 这意味着你可改变你的文件关联的文件操作, 在你返回调用者之后新方法会起作用. 例如, 关联到主编号 1 (/dev/null, /dev/zero, 等等)的 open 代码根据打开的次编号来替代 filp->f_op 中的操作. 这个做法允许实现几种行为, 在同一个主编号下而不必在每个系统调用中引入开销. 替换文件操作的能力是面向 对象编程的"方法重载"的内核对等体. 5.void *private_data;       open 系统调用设置这个指针为 NULL, 在为驱动调用 open 方法之前. 你可自由使用这个成员或者忽略它; 你可以使用这个成员来指向分配的数据, 但是接着你必须记住在内核销毁文件结构之前, 在 release 方法中释放那个内存. private_data 是一个有用的资源, 在系统调用间保留状态信息, 我们大部分例子模块都使用它. 6.struct dentry *f_dentry; 关联到文件的目录入口( dentry )结构. 设备驱动编写者正常地不需要关心 dentry 结构, 除了作为 filp->f_dentry->d_inode 存取 inode 结构.

 

file 结构如下所示： 　　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 　　 　　void *private_data; 　　#ifdef CONFIG_EPOLL 　　 　　struct list_head f_ep_links; 　　spinlock_t f_ep_lock; 　　#endif 　　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; 　　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; 　　};

 

1、struct inode──字符设备驱动相关的重要结构介绍

内核中用inode结构表示具体的文件，而用file结构表示打开的文件描述符。Linux2.6.27内核中，inode结构体具体定义如下： struct inode { struct hlist_node    i_hash; struct list_head    i_list; struct list_head    i_sb_list; struct list_head    i_dentry; unsigned long        i_ino; atomic_t        i_count; unsigned int        i_nlink; uid_t            i_uid; gid_t            i_gid;  dev_t            i_rdev;   //该成员表示设备文件的inode结构，它包含了真正的设备编号。 u64            i_version; loff_t            i_size; #ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED seqcount_t        i_size_seqcount; #endif struct timespec        i_atime; struct timespec        i_mtime; struct timespec        i_ctime; unsigned int        i_blkbits; blkcnt_t        i_blocks; unsigned short          i_bytes; umode_t            i_mode; spinlock_t        i_lock;     struct mutex        i_mutex; struct rw_semaphore    i_alloc_sem; const struct inode_operations    *i_op; const struct file_operations    *i_fop;     struct super_block    *i_sb; struct file_lock    *i_flock; struct address_space    *i_mapping; struct address_space    i_data; #ifdef CONFIG_QUOTA struct dquot        *i_dquot[MAXQUOTAS]; #endif struct list_head    i_devices; union { struct pipe_inode_info    *i_pipe; struct block_device    *i_bdev;  struct cdev        *i_cdev; //该成员表示字符设备的内核的 内部结构。当inode指向一个字符设备文件时，该成员包含了指向struct cdev结构的指针，其中cdev结构是字符设备结构体。 }; int            i_cindex;
__u32            i_generation;
#ifdef CONFIG_DNOTIFY unsigned long        i_dnotify_mask; struct dnotify_struct    *i_dnotify; #endif
#ifdef CONFIG_INOTIFY struct list_head    inotify_watches; struct mutex        inotify_mutex;     #endif
unsigned long        i_state; unsigned long        dirtied_when;    
unsigned int        i_flags;
atomic_t        i_writecount; #ifdef CONFIG_SECURITY void            *i_security; #endif void            *i_private; };

　　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：