(linux)struct inode 和 struct file

時間 2019-11-19

標籤 linux struct inode file 欄目 Linux 简体版

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轉自：http://www.cnblogs.com/QJohnson/archive/2011/06/24/2089414.htmlhtml

一、struct inode──字符設備驅動相關的重要結構介紹

內核中用inode結構表示具體的文件，而用file結構表示打開的文件描述符。Linux2.6.27內核中，inode結構體具體定義以下：node

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;   //該成員表示設備文件的inode結構，它包含了真正的設備編號。
    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; //該成員表示字符設備的內核的 內部結構。當inode指向一個字符設備文件時，該成員包含了指向struct cdev結構的指針，其中cdev結構是字符設備結構體。
    };
    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 */
};

二、struct file ──字符設備驅動相關重要結構linux

文件結構表明一個打開的文件描述符，它不是專門給驅動程序使用的，系統中每個打開的文件在內核中都有一個關聯的struct file。它由內核在open時建立，並傳遞給在文件上操做的任何函數，知道最後關閉。當文件的全部實例都關閉以後，內核釋放這個數據結構。安全

struct file {
     /*
     * fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via
     * fu_rcuhead for RCU freeing
     */
     union {
         struct list_head    fu_list;
         struct rcu_head     fu_rcuhead;
     } f_u;
     struct path        f_path;
     #define f_dentry    f_path.dentry   //該成員是對應的 目錄結構 。
     #define f_vfsmnt    f_path.mnt
     const struct file_operations    *f_op;  //該操做 是定義文件關聯的操做的。內核在執行open時對這個 指針賦值。 
     atomic_long_t        f_count;
     unsigned int         f_flags;   //該成員是文件標誌。 
     mode_t            f_mode;
     loff_t            f_pos;
     struct fown_struct    f_owner;
     unsigned int        f_uid, f_gid;
     struct file_ra_state    f_ra;

     u64            f_version;
#ifdef CONFIG_SECURITY
     void            *f_security;
#endif
     /* needed for tty driver, and maybe others */
     void            *private_data;//該成員是系統調用時保存狀態信息很是有用的資源。 

#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;
#ifdef CONFIG_DEBUG_WRITECOUNT
     unsigned long f_mnt_write_state;
#endif
};

file結構體和inode結構體

struct file結構體定義在include/linux/fs.h中定義。文件結構體表明一個打開的文件，系統中的每一個打開的文件在內核空間都有一個關聯的 struct file。它由內核在打開文件時建立，並傳遞給在文件上進行操做的任何函數。在文件的全部實例都關閉後，內核釋放這個數據結構。在內核建立和驅動源碼中，struct file的指針一般被命名爲file或filp。以下所示：

struct file {
    union {
        struct list_head fu_list; 文件對象鏈表指針linux/include/linux/list.h
        struct rcu_head fu_rcuhead; RCU(Read-Copy Update)是Linux 2.6內核中新的鎖機制
    } f_u;
    struct path f_path;  包含dentry和mnt兩個成員，用於肯定文件路徑
    #define f_dentry  f_path.dentry  f_path的成員之一，當前文件的dentry結構
    #define f_vfsmnt  f_path.mnt  表示當前文件所在文件系統的掛載根目錄
    const struct file_operations *f_op; 與該文件相關聯的操做函數
    atomic_t  f_count; 文件的引用計數（有多少進程打開該文件）
    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參數
    off_t  f_pos; 該文件在當前進程中的文件偏移量
    struct fown_struct f_owner; 該結構的做用是經過信號進行I/O時間通知的數據。
    unsigned int  f_uid, f_gid; 文件全部者id，全部者組id
    struct file_ra_state f_ra;  在linux/include/linux/fs.h中定義，文件預讀相關
    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;
};

struct dentry
dentry 的中文名稱是目錄項，是Linux文件系統中某個索引節點(inode)的連接。這個索引節點能夠是文件，也能夠是目錄。inode（可理解爲ext2 inode）對應於物理磁盤上的具體對象，dentry是一個內存實體，其中的d_inode成員指向對應的inode。也就是說，一個inode能夠在運行的時候連接多個dentry，而d_count記錄了這個連接的數量。

struct dentry { 
    atomic_t d_count; 目錄項對象使用計數器,能夠有未使用態,使用態和負狀態                                            
    unsigned int d_flags; 目錄項標誌 
    struct inode * d_inode; 與文件名關聯的索引節點 
    struct dentry * d_parent; 父目錄的目錄項對象 
    struct list_head d_hash; 散列表表項的指針 
    struct list_head d_lru; 未使用鏈表的指針 
    struct list_head d_child; 父目錄中目錄項對象的鏈表的指針 
    struct list_head d_subdirs;對目錄而言，表示子目錄目錄項對象的鏈表 
    struct list_head d_alias; 相關索引節點（別名）的鏈表 
    int d_mounted; 對於安裝點而言，表示被安裝文件系統根項 
    struct qstr d_name; 文件名 
    unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */ 
    struct dentry_operations *d_op; 目錄項方法 
    struct super_block * d_sb; 文件的超級塊對象 
    vunsigned long d_vfs_flags; 
    void * d_fsdata;與文件系統相關的數據 
    unsigned char d_iname [DNAME_INLINE_LEN]; 存放短文件名

};

索引節點對象由inode結構體表示，定義文件在linux/fs.h中。

struct inode { 
    struct hlist_node       i_hash; 哈希表 
    struct list_head        i_list;   索引節點鏈表 
    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; 訪問權限控制 
    unsigned int            i_nlink; 硬連接數 
    uid_t                   i_uid;  使用者id 
    gid_t                   i_gid;  使用者id組 
    kdev_t                  i_rdev; 實設備標識符 
    loff_t                  i_size;  以字節爲單位的文件大小 
    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; 以位爲單位的塊大小 
    unsigned long           i_blksize; 以字節爲單位的塊大小 
    unsigned long           i_version; 版本號 
    unsigned long           i_blocks; 文件的塊數 
    unsigned short          i_bytes; 使用的字節數 
    spinlock_t              i_lock; 自旋鎖 
    struct rw_semaphore     i_alloc_sem; 索引節點信號量 
    struct inode_operations *i_op; 索引節點操做表 
    struct file_operations  *i_fop; 默認的索引節點操做 
    struct super_block      *i_sb; 相關的超級塊 
    struct file_lock        *i_flock; 文件鎖鏈表 
    struct address_space    *i_mapping; 相關的地址映射 
    struct address_space    i_data; 設備地址映射 
    struct dquot            *i_dquot[MAXQUOTAS];節點的磁盤限額 
    struct list_head        i_devices; 塊設備鏈表 
    struct pipe_inode_info  *i_pipe; 管道信息 
    struct block_device     *i_bdev; 塊設備驅動 
    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; 文件系統標誌 
    unsigned char           i_sock; 套接字 
    atomic_t                i_writecount; 寫者記數 
    void                    *i_security; 安全模塊 
    __u32                   i_generation; 索引節點版本號 
    union{ 
        void            *generic_ip;文件特殊信息 
    } u; 
};

inode 譯成中文就是索引節點。每一個存儲設備或存儲設備的分區（存儲設備是硬盤、軟盤、U盤 ... ... ）被格式化爲文件系統後，應該有兩部份，一部份是inode，另外一部份是Block，Block是用來存儲數據用的。而inode呢，就是用來存儲這些數據的信息，這些信息包括文件大小、屬主、歸屬的用戶組、讀寫權限等。inode爲每一個文件進行信息索引，因此就有了inode的數值。操做系統根據指令，能經過inode值最快的找到相對應的文件。
作個比喻，好比一本書，存儲設備或分區就至關於這本書，Block至關於書中的每一頁，inode 就至關於這本書前面的目錄，一本書有不少的內容，若是想查找某部份的內容，咱們能夠先查目錄，經過目錄能最快的找到咱們想要看的內容。
當咱們用ls 查看某個目錄或文件時，若是加上-i 參數，就能夠看到inode節點了；好比ls -li lsfile.sh ，最前面的數值就是inode信息.數據結構

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