vfs, superblock, inode, dentry, file结构体图解

super block


相关的数据结构为:

struct super_block {
        struct list_head        s_list;                /* Keep this first */
        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;        /* Max file size */
        struct file_system_type        *s_type;
        struct super_operations        *s_op;
        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;
        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;        /* all inodes */
        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;
        struct list_head        i_dentry;
        unsigned long                i_ino;
        atomic_t                i_count;
        umode_t                        i_mode;
        unsigned int                i_nlink;
        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).

__________________________________

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;

        struct list_head d_lru;                /* LRU list */
        struct list_head d_child;        /* child of parent list */
        struct list_head d_subdirs;        /* our children */
        struct list_head d_alias;        /* inode alias list */
        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).

__________________________________
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;
};

-------------------------------------------------------------------------------

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.