VFS的数据结构(2)

目录项对象：

    每个文件除了有一个索引节点inode数据结构外，还有一个目录项dentry数据结构。dentry结构中有个d_inode指针指向相应的inode结构。大家有没有想过。既然inode结构和dentry结构都是对文件各方面属性的描述，为什么不直接把两个结构合二为一呢？这是因为目录项结构描述的是文件逻辑上的属性，在磁盘上并没有对应的映像，因此在dentry结构中不包含指出该对象已被修改的字段。目录项对象存放在名为dentry_cache的slab分配器高速缓存中；而indode结构代表的是物理意义上的文件，记录的是物理上的属性，对于一个具体的文件系统，如Ext2,Ext2_inode结构在磁盘上就有对应的映像。所以说，一个索引节点对象可能对应多个目录项对象。而一个目录项对象只能对应一个索引节点。也就是说，一个文件可以有不止一个文件名或路径名。这是因为一个应经建立的文件可以被Link到其他文件名。所以在inode结构中有一个队列i_dentry,凡是代表着同一个文件的所有目录项都通过其dentry结构中的d_alias域挂入相应inode结构中的i_dentry队列。

   一旦目录项被读入内存，VFS就把他转换成基于dentry结构的一个目录项对象，对于进程查找路径名中的每个分量，内核都为其创建一个目录项对象；目录项对象将每个分量与其对应的索引结点相联系。例如：在查找路径名/proc/syskall时，内核为根目录“/”创建一个目录项对象，为根目录下的proc项创建一个第二级目录对象，为/proc目录下的test项创建一个第三级目录项对象。

struct dentry {
    unsigned int d_flags;        目录项高速缓存标志
    struct dentry *d_parent;    父目录的目录项对象
    struct qstr d_name;             文件名
    struct inode *d_inode;        与文件名关联的索引结点
    unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN];    短文件名
    spinlock_t d_lock;        保护目录项的自旋锁
    const struct dentry_operations *d_op;  操作目录项的函数
    struct super_block *d_sb;    目录项树的根（即文件的超级块）
    struct list_head d_lru;        未使用的LRU链表
    struct list_head d_subdirs;    该目录项的子目录所形成的链表
    struct list_head d_alias;    索引结点别名的链表。
.....
};

一个文件系统中所有目录项结构一般会组织为一个哈希表，或者组织为一棵树，或者按照某种需要组织为一个链表，这是为文件访问和文件路径搜索奠定下良好的基础。对目录项操作的一组函数叫目录项操作表。

d_revalidata:判断目录项是否生效。

d_hash():生成一个哈希值。

d_compare():比较两个文件名。

d_delete():删除d_count域为0的目录项对象。

d_release():释放一个目录项对象。

d_input():调用该方法丢弃目录项对应的索引结点。

文件对象

   

    文件对象是已打开文件在内存中的表示，因此，它在磁盘上并没有与之对应的数据。也就是说，文件对象只存在于内存中，所以这个结构也就不涉及脏数据字段和是否需要写回磁盘。

   文件最终是要被进程访问的，一个进程可以打开多个文件，而一个文件可以被多个进程同时访问。每个打开的文件都用一个32位的数字来表示下一个读写的字节位置，这个数字叫做文间位置或偏移量。可以通过执行系统调用lseek对文件位置进行修改。Linux在file文件对象中保存了打来文件的文件位置，这个对象称为打开的文件描述符。

   大家可能会产生疑惑，为什么不把文件位置存放在inode中呢？原因是Linux文件是共享的，加入把文件位置放在索引结点中，则如果有两个或更多的进程同时打开同一个文件，他们将去访问同一个索引结点，于是一个进程的lseek操作将影响到另一个进程的读操作，这显然是不可想象的。

struct file {
        struct list_head        f_list;     所有打开的文件形成的链表
        struct dentry           *f_dentry;  与文件相关的目录项对象
        struct vfsmount         *f_vfsmnt;  该文件所在的已安装的文件系统
        struct file_operations  *f_op;      指向文件操作表的指针
        unsigned int         f_flags;    打开文件时所指定的标志
        fmode_t            f_mode;     文件的打开模式
        loff_t            f_pos;      文件的当前位置
        ......
};

对文件操作的一组函数叫文件操作表。由file_operations结构描述：

llseek();修改文件指针

read():从文件中读出若干字节。

write():给文件中写若干字节。

mmap():文件到内存的映射。

open():打开文件。

flush():关闭文件时减少f_count的计数。

fsync():文件在缓冲区的数据写回磁盘。

fs_struct结构描述进程与文件系统的关系，该函数在include/linux/fs_struct.h中定义。

struct fs_struct {
  int users;
  spinlock_t lock;
  seqcount_t seq;
  int umask;
  int in_exec;
  struct path root, pwd;    root为根目录，pwd指向进程当前所在的目录。
 };