struct inode 和 struct file

1、structinode──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;
unsignedshort         i_bytes;
umode_t         i_mode;
spinlock_t      i_lock;   
struct mutex      i_mutex;
struct rw_semaphore   i_alloc_sem;
const struct inode_operations   *i_op;
const struct file_operations   *i_fop;   
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;
 structcdev      *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structcdev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;
struct dnotify_struct   *i_dnotify;
#endif

#ifdef CONFIG_INOTIFY
struct list_head   inotify_watches;
struct mutex      inotify_mutex;   
#endif

unsigned long      i_state;
unsigned long      dirtied_when;   

unsigned int      i_flags;

atomic_t      i_writecount;
#ifdef CONFIG_SECURITY
void         *i_security;
#endif
void         *i_private;
};

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structfile。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。
structfile {

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
conststruct 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;
 unsignedint       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

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

struct list_head   f_ep_links;
spinlock_t      f_ep_lock;
#endif
struct address_space   *f_mapping;
#ifdef CONFIG_DEBUG_WRITECOUNT
unsigned long f_mnt_write_state;
#endif
};

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file结构体和inode结构体 

（1）structfile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structfile。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Linux2.6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
       
       void *private_data;
       #ifdef CONFIG_EPOLL
       
       struct list_head f_ep_links;
       spinlock_t f_ep_lock;
      #endif
      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ext2inode）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_headd_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;  
       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

};

（3）索引节点对象由inode结构体表示，定义文件在linux/fs.h中。

struct inode { 
       structhlist_node      i_hash; 哈希表 
       structlist_head       i_list;  索引节点链表 
       structlist_head       i_dentry; 目录项链表 
       unsignedlong          i_ino;  节点号 
       atomic_t               i_count; 引用记数 
       umode_t                i_mode; 访问权限控制 
       unsignedint           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 
       structtimespec        i_atime; 最后访问时间 
       structtimespec        i_mtime; 最后修改(modify)时间 
       structtimespec        i_ctime; 最后改变(change)时间 
       unsignedint           i_blkbits; 以位为单位的块大小 
       unsignedlong          i_blksize; 以字节为单位的块大小 
       unsignedlong          i_version; 版本号 
       unsignedlong          i_blocks; 文件的块数 
       unsignedshort         i_bytes; 使用的字节数 
       spinlock_t             i_lock; 自旋锁 
       structrw_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 
       structsuper_block     *i_sb; 相关的超级块 
       structfile_lock       *i_flock; 文件锁链表 
       structaddress_space   *i_mapping; 相关的地址映射 
       structaddress_space   i_data; 设备地址映射 
       structdquot           *i_dquot[MAXQUOTAS];节点的磁盘限额 
       structlist_head       i_devices; 块设备链表 
       struct pipe_inode_info  *i_pipe;管道信息 
       structblock_device    *i_bdev; 块设备驱动 
       unsignedlong          i_dnotify_mask;目录通知掩码 
       struct dnotify_struct  *i_dnotify; 目录通知 
       unsignedlong          i_state; 状态标志 
       unsignedlong          dirtied_when;首次修改时间 
       unsignedint           i_flags; 文件系统标志 
       unsignedchar          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; 
};

     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。