转自:（有改动）
Linux下的文件系统中宏观上主要分为三层：一是上层的文件系统的系统调用；二是虚拟文件系统VFS(Virtual File System)层，三是挂载到VFS中的各种实际文件系统。
VFS是一种软件机制，只存在于内存中，每次系统初始化期间Linux都会先在内存中构造一棵VFS的目录树（也就是源码中的namespace）。VFS主要的作用是对上层应用屏蔽底层不同的调用方法，提供一套统一的调用接口，二是便于对不同的文件系统进行组织管理。因此，VFS其实就是文件系统组织管理中的一个抽象层。
super block
相关的数据结构为:
struct super_block {
struct list_head s_list; /* 系统将所有文件系统的超级块组成链表*/
dev_t s_dev; /* search index; _not_ kdev_t */
unsigned long s_blocksize;
unsigned long s_old_blocksize;
unsigned char s_blocksize_bits;
unsigned char s_dirt;
unsigned long long s_maxbytes;
struct file_system_type *s_type; /* 文件系统类型 */
struct super_operations *s_op; //操作函数集
struct dquot_operations *dq_op;
struct quotactl_ops *s_qcop;
struct export_operations *s_export_op;
unsigned long s_flags;
unsigned long s_magic;
struct dentry *s_root; //挂载根目录
struct rw_semaphore s_umount;
struct semaphore s_lock;
int s_count;
int s_syncing;
int s_need_sync_fs;
atomic_t s_active;
void *s_security;
struct xattr_handler **s_xattr;
struct list_head s_inodes; /* 所有的inode节点链表*/
struct list_head s_dirty; /* dirty inodes */
struct list_head s_io; /* parked for writeback */
struct hlist_head s_anon; /* anonymous dentries for (nfs) exporting */
struct list_head s_files;
struct block_device *s_bdev;
struct list_head s_instances;
struct quota_info s_dquot; /* Diskquota specific options */
int s_frozen;
wait_queue_head_t s_wait_unfrozen;
char s_id[32]; /* Informational name */
void *s_fs_info; /* Filesystem private info */
/*
* The next field is for VFS *only*. No filesystems have any business
* even looking at it. You had been warned.
*/
struct semaphore s_vfs_rename_sem; /* Kludge */
/* Granuality of c/m/atime in ns.
Cannot be worse than a second */
u32 s_time_gran;
};
super_block存在于两个链表中,一个是系统所有super_block的链表, 一个是对于特定的文件系统的super_block链表.
所有的super_block都存在于 super-blocks 链表中:
对于特定的文件系统, 该文件系统的所有的super block 都存在于file_sytem_type中的fs_supers链表中.
而所有的文件系统,都存在于file_systems链表中.这是通过调用register_filesystem接口来注册文件系统的.
int register_filesystem(struct file_system_type * fs)
2. inode
相关的数据结构为:
struct inode {
struct hlist_node i_hash;
struct list_head i_list;
struct list_head i_sb_list; //链入超级块中的链表
struct list_head i_dentry; //
unsigned long i_ino; //节点号
atomic_t i_count; //引用计数
umode_t i_mode;
unsigned int i_nlink; //硬链接数目
uid_t i_uid;
gid_t i_gid;
dev_t i_rdev;
loff_t i_size;
struct timespec i_atime;
struct timespec i_mtime;
struct timespec i_ctime;
unsigned int i_blkbits;
unsigned long i_blksize;
unsigned long i_version;
unsigned long i_blocks;
unsigned short i_bytes;
spinlock_t i_lock; /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */
struct semaphore i_sem;
struct rw_semaphore i_alloc_sem;
struct inode_operations *i_op;
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
/* These three should probably be a union */
struct list_head i_devices;
struct pipe_inode_info *i_pipe;
struct block_device *i_bdev;
struct cdev *i_cdev;
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
unsigned long i_state;
unsigned long dirtied_when; /* jiffies of first dirtying */
unsigned int i_flags;
atomic_t i_writecount;
void *i_security;
union {
void *generic_ip;
} u;
#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED
seqcount_t i_size_seqcount;
#endif
};
inode存在于两个双向链表中:
一个是inode所在文件系统的super block的 s_inodes 链表中
一个是根据inode的使用状态存在于以下三个链表中的某个链表中:
1. 未用的: inode_unused 链表
2. 正在使用的: inode_in_use 链表
3. 脏的: super block中的s_dirty 链表
另外,还有一个重要的链表: inode_hashtable(这个暂不介绍).
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3. dentry
相关的数据结构为:
struct dentry {
atomic_t d_count;
unsigned int d_flags; /* protected by d_lock */
spinlock_t d_lock; /* per dentry lock */
struct inode *d_inode; /* Where the name belongs to - NULL is * negative */
/*
* The next three fields are touched by __d_lookup. Place them here
* so they all fit in a 16-byte range, with 16-byte alignment.
*/
struct dentry *d_parent; /* parent directory */
struct qstr d_name; //目录项名称，与inode对应起来
struct list_head d_lru; /* LRU list */
struct list_head d_child; /* 链入父目录的子目录中 */
struct list_head d_subdirs; /* 子目录链表 */
struct list_head d_alias; /* 链入inode节点的i_dentry链表，因为一个inode可能对应多个dentry（硬链接） */
unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */
struct dentry_operations *d_op;
struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */
void *d_fsdata; /* fs-specific data */
struct rcu_head d_rcu;
struct dcookie_struct *d_cookie; /* cookie, if any */
struct hlist_node d_hash; /* lookup hash list */
int d_mounted;
unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN]; /* small names */
};
dentry对象存在于三个双向链表中:
所有未用的目录项: dentry_unused 链表
正在使用的目录项: 对应inode的 i_dentry 链表
表示父子目录结构的链表
另外,还有一个重要的链表: inode_hashtable(这个暂不介绍).
综上所述，在内存中, 每个文件都有一个dentry(目录项)和inode(索引节点)结构，dentry记录着文件名，上级目录等信息，正是它形成了我们所看到的树状结构；而有关该文件的组织和管理的信息主要存放inode里面，它记录着文件在存储介质上的位置与分布。同时dentry->d_inode指向相应的inode结构。dentry与inode是多对一的关系，因为有可能一个文件有好几个文件名(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。)
硬链接：其实就是同一个文件具有多个别名，具有相同inode，而dentry不同。
1. 文件具有相同的inode和data block；
2. 只能对已存在的文件进行创建；
3. 不能交叉文件系统进行硬链接的创建
4. 不能对目录进行创建，只能对文件创建硬链接
5. 删除一个硬链接并不影响其他具有相同inode号的文件；
软链接：软链接具有自己的inode，即具有自己的文件，只是这个文件中存放的内容是另一个文件的路径名。因此软链接具有自己的inode号以及用户数据块。
1. 软链接有自己的文件属性及权限等；
2. 软链接可以对不存在的文件或目录创建；
3. 软链接可以交叉文件系统；
4. 软链接可以对文件或目录创建；
5. 创建软链接时，链接计数i_nlink不会增加；
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http://blog.sina.com.cn/bytex4. 进程相关的信息
和进程相关的信息, 涉及到四个重要的数据结构:
file, fs_struct, files_struct 和 namespace
相关的数据结构为:
struct file {
struct list_head f_list;
struct dentry *f_dentry;
struct vfsmount *f_vfsmnt;
struct file_operations *f_op;
atomic_t f_count;
unsigned int f_flags;
mode_t f_mode;
int f_error;
loff_t f_pos;
struct fown_struct f_owner;
unsigned int f_uid, f_gid;
struct file_ra_state f_ra;
size_t f_maxcount;
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;
};
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struct fs_struct {
atomic_t count;
rwlock_t lock;
int umask;
struct dentry * root, * pwd, * altroot;
struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;
};
-------------------------------------------------------------------------------
struct files_struct {
atomic_t count;
spinlock_t file_lock; /* Protects all the below members. Nests inside tsk->alloc_lock */
int max_fds;
int max_fdset;
int next_fd;
struct file ** fd; /* current fd array */
fd_set *close_on_exec;
fd_set *open_fds;
fd_set close_on_exec_init;
fd_set open_fds_init;
struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
};
-------------------------------------------------------------------------------
struct namespace {
atomic_t count;
struct vfsmount * root;
struct list_head list;
struct rw_semaphore sem;
};
每个进程都有自己的namespace.
fs_struct用于表示进程与文件系统之间的结构关系,比如当前的工作目录,进程的根目录等等.
files_struct 用于表示当前进程打开的文件.
而对于每一个打开的文件,由file对象来表示.
Linux中,常常用文件描述符(file descriptor)来表示一个打开的文件,这个描述符的值往往是一个大于或等于0的整数.
而这个整数,其实就是在files_struct中file数组fd的下标.
对于所有打开的文件, 这些文件描述符会存储在open_fds的位图中.
注意：VFS文件系统中的inode和dentry与实际文件系统的inode和dentry有一定的关系，但不能等同。真实磁盘文件的inode和dentry是存在于物理外存上的，但VFS中的inode和dentry是存在于内存中的，系统读取外存中的inode和dentry信息进行一定加工后，生成内存中的inode和dentry。虚拟的文件系统也具有inode和dentry结构，只是这是系统根据相应的规则生成的，不存在于实际外存中。
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