1. 程式人生 > >Linux常見檔案結構體全面解釋

Linux常見檔案結構體全面解釋

1.1 struct file
  struct file結構體定義在include/linux/fs.h中定義。檔案結構體代表一個開啟的檔案,系統中的每個開啟的檔案在核心空間都有一個關聯的 struct file。它由核心在開啟檔案時建立,並傳遞給在檔案上進行操作的任何函式。在檔案的所有例項都關閉後,核心釋放這個資料結構。在核心建立和驅動原始碼中,struct file的指標通常被命名為file或filp。如下所示:
  struct file {
  union {
  struct list_head fu_list; 檔案物件連結串列指標linux/include/linux/list.h
  struct rcu_head fu_rcuhead; RCU(Read-Copy Update)是Linux 2.6核心中新的鎖機制
  } f_u;
  struct path f_path; 包含dentry和mnt兩個成員,用於確定檔案路徑
  #define f_dentry f_path.dentry f_path的成員之一,當前檔案的dentry結構
  #define f_vfsmnt f_path.mnt 表示當前檔案所在檔案系統的掛載根目錄
  const struct file_operations *f_op; 與該檔案相關聯的操作函式
  atomic_t f_count; 檔案的引用計數(有多少程序開啟該檔案)
  unsigned int f_flags; 對應於open時指定的flag
  mode_t f_mode; 讀寫模式:open的mod_t mode引數
  off_t f_pos; 該檔案在當前程序中的檔案偏移量
  struct fown_struct f_owner; 該結構的作用是通過訊號進行I/O時間通知的資料。
  unsigned int f_uid, f_gid; 檔案所有者id,所有者組id
  struct file_ra_state f_ra; 在linux/include/linux/fs.h中定義,檔案預讀相關
  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的中文名稱是目錄項,是Linux檔案系統中某個索引節點(inode)的連結。這個索引節點可以是檔案,也可以是目錄。

inode(可理解為ext2 inode)對應於物理磁碟上的具體物件,dentry是一個記憶體實體,其中的d_inode成員指向對應的inode。也就是說,一個inode可以在執行的時候連結多個dentry,而d_count記錄了這個連結的數量
  struct dentry {
  atomic_t d_count; 目錄項物件使用計數器,可以有未使用態,使用態和負狀態
  unsigned int d_flags; 目錄項標誌
  struct inode * d_inode; 與檔名關聯的索引節點
  struct dentry * d_parent; 父目錄的目錄項物件
  struct list_head d_hash; 散列表表項的指標
  struct list_head d_lru; 未使用連結串列的指標
  struct list_head d_child; 父目錄中目錄項物件的連結串列的指標
  struct list_head d_subdirs; 對目錄而言,表示子目錄目錄項物件的連結串列
  struct list_head d_alias; 相關索引節點(別名)的連結串列
  int d_mounted; 對於安裝點而言,表示被安裝檔案系統根項
  struct qstr d_name; 檔名
  unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */
  struct dentry_operations *d_op; 目錄項方法
  struct super_block * d_sb; 檔案的超級塊物件
  vunsigned long d_vfs_flags;
  void * d_fsdata; 與檔案系統相關的資料
  unsigned char d_iname [DNAME_INLINE_LEN]; 存放短檔名
  };
  1.3 struct files_struct
  對於每個程序,包含一個files_struct結構,用來記錄檔案描述符的使用情況
,定義在include/linux/file.h中
  struct files_struct
  {
  atomic_t count; 使用該表的程序數
  struct fdtable *fdt;
  struct fdtable fdtab;
  spinlock_t file_lock ____cacheline_aligned_in_smp;
  int next_fd; 數值最小的最近關閉檔案的檔案描述符,下一個可用的檔案描述符
  struct embedded_fd_set close_on_exec_init; 執行exec時需要關閉的檔案描述符初值集合
  struct embedded_fd_set open_fds_init; 檔案描述符的遮蔽字初值集合
  struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 預設開啟的fd佇列
  };
  struct fdtable {
  unsigned int max_fds;
  struct file ** fd; 指向開啟的檔案描述符列表的指標,開始的時候指向fd_array,
  當超過max_fds時,重新分配地址
  fd_set *close_on_exec; 執行exec需要關閉的檔案描述符點陣圖(fork,exec即不被子程序繼承的檔案
  描述符)
  fd_set *open_fds; 開啟的檔案描述符點陣圖
  struct rcu_head rcu;
  struct fdtable *next;
  };
  1.4 struct fs_struct
  struct fs_struct {
  atomic_t count; 計數器
  rwlock_t lock; 讀寫鎖
  int umask;
  struct dentry * root, * pwd, * altroot;根目錄("/"),當前目錄以及替換根目錄
  struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;
  };
  1.5 struct inode
  索引節點物件由inode結構體表示,定義檔案在linux/fs.h中。
  struct inode {
  struct hlist_node i_hash; 雜湊表
  struct list_head i_list; 索引節點連結串列
  struct list_head i_dentry; 目錄項鍊表
  unsigned long i_ino; 節點號
  atomic_t i_count; 引用記數
  umode_t i_mode; 訪問許可權控制
  unsigned int i_nlink; 硬連結數
  uid_t i_uid; 使用者id
  gid_t i_gid; 使用者id組
  kdev_t i_rdev; 實裝置識別符號
  loff_t i_size; 以位元組為單位的檔案大小
  struct timespec i_atime; 最後訪問時間
  struct timespec i_mtime; 最後修改(modify)時間
  struct timespec i_ctime; 最後改變(change)時間
  unsigned int i_blkbits; 以位為單位的塊大小
  unsigned long i_blksize; 以位元組為單位的塊大小
  unsigned long i_version; 版本號
  unsigned long i_blocks; 檔案的塊數
  unsigned short i_bytes; 使用的位元組數
  spinlock_t i_lock; 自旋鎖
  struct rw_semaphore i_alloc_sem; 索引節點訊號量
  struct inode_operations *i_op; 索引節點操作表
  struct file_operations *i_fop; 預設的索引節點操作
  struct super_block *i_sb; 相關的超級塊
  struct file_lock *i_flock; 檔案鎖鏈表
  struct address_space *i_mapping; 相關的地址對映
  struct address_space i_data; 裝置地址對映
  struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS];節點的磁碟限額
  struct list_head i_devices; 塊裝置連結串列
  struct pipe_inode_info *i_pipe; 管道資訊
  struct block_device *i_bdev; 塊裝置驅動
  unsigned long i_dnotify_mask;目錄通知掩碼
  struct dnotify_struct *i_dnotify; 目錄通知
  unsigned long i_state; 狀態標誌
  unsigned long dirtied_when;首次修改時間
  unsigned int i_flags; 檔案系統標誌
  unsigned char i_sock; 套接字
  atomic_t i_writecount; 寫者記數
  void *i_security; 安全模組
  __u32 i_generation; 索引節點版本號
  union {
  void *generic_ip;檔案特殊資訊
  } u;
  };

1、struct inode──字元裝置驅動相關的重要結構介紹

核心中用inode結構表示具體的檔案,而用file結構表示開啟的檔案描述符。Linux2.6.27核心中,inode結構體具體定義如下:
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;   //該成員表示裝置檔案的inode結構,它包含了真正的裝置編號。
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;    /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */
struct mutex        i_mutex;
struct rw_semaphore    i_alloc_sem;
const struct inode_operations    *i_op;
const struct file_operations    *i_fop;    /* former ->i_op->default_file_ops */
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; //該成員表示字元裝置的核心的 內部結構。當inode指向一個字元裝置檔案時,該成員包含了指向struct cdev結構的指標,其中cdev結構是字元裝置結構體。
};
int            i_cindex;

__u32            i_generation;

#ifdef CONFIG_DNOTIFY
unsigned long        i_dnotify_mask; /* Directory notify events */
struct dnotify_struct    *i_dnotify; /* for directory notifications */
#endif

#ifdef CONFIG_INOTIFY
struct list_head    inotify_watches; /* watches on this inode */
struct mutex        inotify_mutex;    /* protects the watches list */
#endif

unsigned long        i_state;
unsigned long        dirtied_when;    /* jiffies of first dirtying */

unsigned int        i_flags;

atomic_t        i_writecount;
#ifdef CONFIG_SECURITY
void            *i_security;
#endif
void            *i_private; /* fs or device private pointer */
};


  我們在程序中開啟一個檔案F,實際上就是要在記憶體中建立F的dentry,和inode結構,並讓它們與程序結構聯絡來,把VFS中定義的介面給接起來。我們來看一看這個經典的圖: