Linux2.6X内核中文件相关结构体总结
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;
};
下图为一个进程中各主要的文件相关结构的关系图:
下图为多个进程打开同一文件的情况:
二、实例 2.1 由相对路径得到绝对路径内核的结构体不提供文件的绝对路径成员,由相对路径得到绝对路径的关键在得到当前的工作路径。
当前的工作路径可以由current->fs的pwd和pwdmnt成员得到,基本过程:
1、由pwd->d_name.Name得到当前路径名,由pwd->d_parent得到父目录dentry结构,
一直向上检索,直到父目录为"/",此时得到的是文件在本文件系统下的路径。
2、如果current->fs->pwdmnt->mnt_mountpoint的路径不是"/",说明文件所在的文件系统不是挂载在根目录下,需要得到挂载点。mnt_mountpoint也是一个dentry变量,方法同1。
3、最后把文件系统挂载点和文件在文件系统中的路径拼接起来即可。
2.2 由文件描述符得到文件的绝对路径由当前进程的文件描述符得到文件的绝对路径:
#if LINUX_VERSION_CODE >= 0x020616
由current->files->fdt->fd[fd]->f_path.dentry->d_name.Name
和current->files->fdt->fd[fd]->f_path.dentry->d_parent
得到在所在文件系统下的路径
由current->files->fdt->fd[fd]->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_name.Name
和current->files->fdt->fd[fd]->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_parent
得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径
#elif LINUX_VERSION_CODE >= 0x020610
由current->files->fdt->fd[fd]->f_dentry->d_name.Name
和current->files->fdt->fd[fd]->f_dentry->d_parent
得到在所在文件系统下的路径
由current->files->fdt->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.Name
和current->files->fdt->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent
得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径
#else
由current->files->fd[fd]->f_dentry->d_name.Name
和current->files->fd[fd]->f_dentry->d_parent
得到在所在文件系统下的路径
由current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.Name
和current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent
得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径
#endif
2.3 得到当前进程的绝对路径#if LINUX_VERSION_CODE >= 0x020616
由current->mm->mmap->vm_file->f_path.dentry->d_name.Name
和current->mm->mmap->vm_file->f_path.dentry->d_parent
得到在所在文件系统下的路径
由current->mm->mmap->vm_file->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_name.Name
和current->mm->mmap->vm_file->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_parent
得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径
#else
由current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_name.Name
和current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_parent
得到在所在文件系统下的路径
由current->mm->mmap->vm_file->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.Name
和current->mm->mmap->vm_file->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent
得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径
#endif