简单解析struct inode 和 struct file

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 */
};

2、struct file ──字符设备驱动相关重要结构

文件结构 代表一个打开的文件描述符，它不是专门给驱动程序使用的，系统中每一个打开的文件在内核中都有一个关联的struct file。它由内核在open时创建，并传递给在文件上操作的任何函数，知道最后关闭。当文件的所有实例都关闭之后，内核释放这个数据结构。
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   //该成员是对应的 目录结构 。
#define f_vfsmnt    f_path.mnt
const struct file_operations    *f_op;  //该操作 是定义文件关联的操作的。内核在执行open时对这个 指针赋值。
atomic_long_t        f_count;
 unsigned int         f_flags;  //该成员是文件标志。
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;//该成员是系统调用时保存状态信息非常有用的资源。

#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
}

（1）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;
};
（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

};

      inode 译成中文就是索引节点。每个存储设备或存储设备的分区（存储设备是硬盘、软盘、U盘 ... ... ）被格式化为文件系统后，应该有两部份，一部份是inode，另一部份是Block，Block是用来存储数据用的。而inode呢，就是用来存储这些数据的信息，这些信息包括文件大小、属主、归属的用户组、读写权限等。inode为每个文件进行信息索引，所以就有了inode的数值。操作系统根据指令，能通过inode值最快的找到相对应的文件。
      做个比喻，比如一本书，存储设备或分区就相当于这本书，Block相当于书中的每一页，inode 就相当于这本书前面的目录，一本书有很多的内容，如果想查找某部份的内容，我们可以先查目录，通过目录能最快的找到我们想要看的内容。
      当我们用ls 查看某个目录或文件时，如果加上-i 参数，就可以看到inode节点了；比如ls -li lsfile.sh ，最前面的数值就是inode信息

file_operation就是把系统调用和驱动程序关联起来的关键数据结构。这个结构的每一个成员都对应着一个系统调用。读取file_operation中相应的函数指针，接着把控制权转交给函数，从而完成了Linux设备驱动程序的工作。
  
在系统内部，I/O设备的存取操作通过特定的入口点来进行，而这组特定的入口点恰恰是由设备驱动程序提供的。通常这组设备驱动程序接口是由结构file_operations结构体向系统说明的，它定义在include/linux/fs.h中。
传统上,一个file_operation结构或者其一个指针称为fops(或者它的一些变体).结构中的每个成员必须指向驱动中的函数,这些函数实现一个特别的操作,或者对于不支持的操作留置为NULL.当指定为NULL指针时内核的确切的行为是每个函数不同的。
在你通读file_operations方法的列表时,你会注意到不少参数包含字串__user.这种注解是一种文档形式,注意,一个指针是一个不能被直接解引用的用户空间地址.对于正常的编译,
__user没有效果,但是它可被外部检查软件使用来找出对用户空间地址的错误使用。
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注册设备编号仅仅是驱动代码必须进行的诸多任务中的第一个。首先需要涉及一个别的，大部分的基础性的驱动操作包括3个重要的内核数据结构，称为file_operations，file，和inode。需要对这些结构的基本了解才能够做大量感兴趣的事情。
struct
file_operations是一个字符设备把驱动的操作和设备号联系在一起的纽带，是一系列指针的集合，每个被打开的文件都对应于一系列的操作，这就是file_operations,用来执行一系列的系统调用。
struct
file代表一个打开的文件，在执行file_operation中的open操作时被创建，这里需要注意的是与用户空间inode指针的区别，一个在内核，而file指针在用户空间，由c库来定义。ITPUB个人空间MPd+L:R6[T#ZK:U
   struct inode被内核用来代表一个文件，注意和struct file的区别，struct inode一个是代表文件，struct
file一个是代表打开的文件
/f/mB:Y j9E c0struct inode包括很重要的二个成员：ITPUB个人空间6e''''|4@ _ P?0U v;a
dev_t       i_rdev  设备文件的设备号
u5YDjn A)x M0struct cdev *i_cdev代表字符设备的数据结构ITPUB个人空间4EaR3RN T4p0U7z8{
struct inode结构是用来在内核内部表示文件的.同一个文件可以被打开好多次,所以可以对应很多struct file,但是只对应一个struct
inode.
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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 dentry        *f_dentry;      struct vfsmount        *f_vfsmnt;
     const struct file_operations *f_op;      atomic_t       f_count;     
unsigned int        f_flags;      mode_t                f_mode;      loff_t     
             f_pos;      struct fown_structf_owner;      unsigned int         
f_uid, f_gid;      struct file_ra_statef_ra;       unsigned long      
f_version;      void              *f_security;       /* 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;};
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。

参考文档：http://www.cnblogs.com/QJohnson/archive/2011/06/24/2089414.html

http://blog.csdn.net/yeqishi/article/details/5802932