linux 2.6.X 檔案相關結構體總結

Linux2.6X核心中檔案相關結構體總結一、 常見檔案相關結構體

以2.6.22為例，其他的2.6.X版本可能調整，但是變化不大。

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數。在檔案的所有執行個體都關閉後，核心釋放這個資料結構。在核心建立和驅動源碼中，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; 檔案對象鏈表指標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數

        atomic_t  f_count; 檔案的引用計數（有多少進程開啟該檔案）

        unsigned int  f_flags;  對應於open時指定的flag

        mode_t  f_mode; 讀寫入模式：open的mod_t mode參數

        off_t  f_pos; 該檔案在當前進程中的檔案位移量

        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對象，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可以在啟動並執行時候連結多個dentry，而d_count記錄了這個連結的數量。

struct dentry { 
        atomic_t d_count; 目錄項對象使用計數器,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; 與檔案名稱關聯的索引節點
        struct dentry * d_parent; 父目錄的目錄項對象
        struct list_head d_hash; 散列表表項的指標
        struct list_head d_lru; 未使用鏈表的指標
        struct list_head d_child; 父目錄中目錄項對象的鏈表的指標
        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，表示被安裝檔案系統根項
        struct qstr d_name; 檔案名稱
        unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */
        struct dentry_operations *d_op; 目錄項方法
        struct super_block * d_sb; 檔案的超級塊對象
        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]; 存放短檔案名稱

};

1.3 struct files_struct

對於每個進程，包含一個files_struct結構，用來記錄檔案描述符的使用方式，定義在include/linux/file.h中

struct files_struct

{

        atomic_t count; 使用該表的進程數

        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;檔案描述符的屏蔽字初值集合

        struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 預設開啟的fd隊列

};

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位元影像（fork，exec即不被子進程繼承的檔案描述符）

        fd_set *open_fds; 開啟的檔案描述符位元影像

        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（"/"），目前的目錄以及替換根目錄

struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;

};

1.5 struct inode

索引節點對象由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;   索引節點鏈表
        struct list_head        i_dentry; 目錄項鏈表
        unsigned long           i_ino;  節點號
        atomic_t                i_count; 引用記數
        umode_t                 i_mode; 存取權限控制
        unsigned int            i_nlink; 永久連結數
        uid_t                   i_uid;  使用者id
        gid_t                   i_gid;  使用者id組
        kdev_t                  i_rdev; 實裝置標識符
        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; 版本號碼
        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; 索引節點動作表
        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; 相關的地址映射
        struct address_space    i_data; 裝置地址映射
        struct dquot            *i_dquot[MAXQUOTAS];節點的磁碟限額
        struct list_head        i_devices; 塊裝置鏈表
        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; 通訊端
        atomic_t                i_writecount; 寫者記數
        void                    *i_security; 安全模組
        __u32                   i_generation; 索引節點版本號碼
        union {
                void            *generic_ip;檔案特殊資訊
        } u;
};

為一個進程中各主要的檔案相關結構的關係圖：

為多個進程開啟同一檔案的情況：

二、執行個體2.1 由相對路徑得到絕對路徑

核心的結構體不提供檔案的絕對路徑成員，由相對路徑得到絕對路徑的關鍵在得到當前的工作路徑。

當前的工作路徑可以由current->fs的pwd和pwdmnt成員得到，基本過程：

1、由pwd->d_name.Name得到當前路徑名，由pwd->d_parent得到父目錄dentry結構，

一直向上檢索，直到父目錄為"/"，此時得到的是檔案在本檔案系統下的路徑。

2、如果current->fs->pwdmnt->mnt_mountpoint的路徑不是"/"，說明檔案所在的檔案系統不是掛載在根目錄下，需要得到掛載點。mnt_mountpoint也是一個dentry變數，方法同1。

3、最後把檔案系統掛載點和檔案在檔案系統中的路徑拼接起來即可。

2.2 由檔案描述符得到檔案的絕對路徑

由當前進程的檔案描述符得到檔案的絕對路徑：

#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

得到在所在檔案系統下的路徑

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

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#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

得到在所在檔案系統下的路徑

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

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#else

由current->files->fd[fd]->f_dentry->d_name.Name

和current->files->fd[fd]->f_dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.Name

和current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#endif

2.3 得到當前進程的絕對路徑

#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

得到在所在檔案系統下的路徑

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

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#else

由current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_name.Name

和current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

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

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#endif