linux常见文件结构体全面解析

1.1 struct file
　　struct 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 dentry
　　dentry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_struct
　　struct 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;
　　};

 

1、struct inode──字符设备驱动相关的重要结构介绍

内核中用inode结构表示具体的文件，而用file结构表示打开的文件描述符。Linux2.6.27内核中，inode结构体具体定义如下：
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;   //该成员表示设备文件的inode结构，它包含了真正的设备编号。
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; //该成员表示字符设备的内核的 内部结构。当inode指向一个字符设备文件时，该成员包含了指向struct cdev结构的指针，其中cdev结构是字符设备结构体。
};
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 */
};