Linux常見檔案結構體全面解釋
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式。在檔案的所有例項都關閉後，核心釋放這個資料結構。在核心建立和驅動原始碼中，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; 檔案物件連結串列指標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式
atomic_t f_count; 檔案的引用計數(有多少程序開啟該檔案)
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引數
off_t f_pos; 該檔案在當前程序中的檔案偏移量
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。
struct dentry {
atomic_t d_count; 目錄項物件使用計數器,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; 與檔名關聯的索引節點
struct dentry * d_parent; 父目錄的目錄項物件
struct list_head d_hash; 散列表表項的指標
struct list_head d_lru; 未使用連結串列的指標
struct list_head d_child; 父目錄中目錄項物件的連結串列的指標
struct list_head d_subdirs; 對目錄而言，表示子目錄目錄項物件的連結串列
struct list_head d_alias; 相關索引節點(別名)的連結串列
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; 檔名
unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */
struct dentry_operations *d_op; 目錄項方法
struct super_block * d_sb; 檔案的超級塊物件
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]; 存放短檔名
};
1.3 struct files_struct
對於每個程序，包含一個files_struct結構，用來記錄檔案描述符的使用情況
struct files_struct
{
atomic_t count; 使用該表的程序數
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; 檔案描述符的遮蔽字初值集合
struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 預設開啟的fd佇列
};
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點陣圖(fork，exec即不被子程序繼承的檔案
描述符)
fd_set *open_fds; 開啟的檔案描述符點陣圖
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("/")，當前目錄以及替換根目錄
struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;
};
1.5 struct inode
索引節點物件由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; 索引節點連結串列
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; 訪問許可權控制
unsigned int i_nlink; 硬連結數
uid_t i_uid; 使用者id
gid_t i_gid; 使用者id組
kdev_t i_rdev; 實裝置識別符號
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
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; 索引節點操作表
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; 相關的地址對映
struct address_space i_data; 裝置地址對映
struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS];節點的磁碟限額
struct list_head i_devices; 塊裝置連結串列
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; 套接字
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
union {
void *generic_ip;檔案特殊資訊
} u;
};
1、struct inode──字元裝置驅動相關的重要結構介紹
核心中用inode結構表示具體的檔案，而用file結構表示開啟的檔案描述符。Linux2.6.27核心中，inode結構體具體定義如下：
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; //該成員表示裝置檔案的inode結構，它包含了真正的裝置編號。
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; //該成員表示字元裝置的核心的 內部結構。當inode指向一個字元裝置檔案時，該成員包含了指向struct cdev結構的指標，其中cdev結構是字元裝置結構體。
};
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 */
};
我們在程序中開啟一個檔案F，實際上就是要在記憶體中建立F的dentry,和inode結構，並讓它們與程序結構聯絡來，把VFS中定義的介面給接起來。我們來看一看這個經典的圖：