Linux常见文件结构体
一、 常见文件相关结构体
以2.6.22为例，其他的2.6.X版本可能调整，但是变化不大。
1.1 struct filestruct 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 dentrydentry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_structstruct 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：
