Linux 檔案系統結構詳解

一、常見檔案相關結構體以2.6.22為例，其他的2.6.x版本可能調整，但是變化不大。

struct file結構體定義在include/linux/fs.h中定義。檔案結構體代表乙個開啟的檔案，系統中的每個開啟的檔案在核心空間都有乙個關聯的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 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 */

};dentry的中文名稱是目錄項，是linux檔案系統中某個索引節點(inode)的鏈結。這個索引節點可以是檔案，也可以是目錄。inode（可理解為ext2 inode）對應於物理磁碟上的具體物件，dentry是乙個記憶體實體，其中的d_inode成員指向對應的inode。也就是說，乙個inode可以在執行的時候鏈結多個dentry，而d_count記錄了這個鏈結的數量。

struct dentry ;

對於每個程序，包含乙個files_struct結構，用來記錄檔案描述符的使用情況，定義在include/linux/file.h中

struct files_struct

;struct fdtable ;

struct fs_struct ;

索引節點物件由inode結構體表示，定義檔案在linux/fs.h中。

下圖為乙個程序中各主要的檔案相關結構的關係圖：

下圖為多個程序開啟同一檔案的情況：

核心的結構體不提供檔案的絕對路徑成員，由相對路徑得到絕對路徑的關鍵在得到當前的工作路徑。

當前的工作路徑可以由current->fs的pwd和pwdmnt成員得到，基本過程：

1、由pwd->d_name.name得到當前路徑名，由pwd->d_parent得到父目錄dentry結構，

一直向上檢索，直到父目錄為"/"，此時得到的是檔案在本檔案系統下的路徑。

2、如果current->fs->pwdmnt->mnt_mountpoint的路徑不是"/"，說明檔案所在的檔案系統不是掛載在根目錄下，需要得到掛載點。mnt_mountpoint也是乙個dentry變數，方法同1。

3、最後把檔案系統掛載點和檔案在檔案系統中的路徑拼接起來即可。

由當前程序的檔案描述符得到檔案的絕對路徑：

#if linux_version_code >= 0x020616

由current->files->fdt->fd[fd]->f_path.dentry->d_name.name

和current->files->fdt->fd[fd]->f_path.dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->files->fdt->fd[fd]->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_name.name

和current->files->fdt->fd[fd]->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#elif linux_version_code >= 0x020610

由current->files->fdt->fd[fd]->f_dentry->d_name.name

和current->files->fdt->fd[fd]->f_dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->files->fdt->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.name

和current->files->fdt->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#else

由current->files->fd[fd]->f_dentry->d_name.name

和current->files->fd[fd]->f_dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.name

和current->files->fd[fd]->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#endif

#if linux_version_code >= 0x020616

由current->mm->mmap->vm_file->f_path.dentry->d_name.name

和current->mm->mmap->vm_file->f_path.dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->mm->mmap->vm_file->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_name.name

和current->mm->mmap->vm_file->f_path.mnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#else

由current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_name.name

和current->mm->mmap->vm_file->f_dentry->d_parent

得到在所在檔案系統下的路徑

由current->mm->mmap->vm_file->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_name.name

和current->mm->mmap->vm_file->f_vfsmnt->mnt_mountpoint->d_parent

得到檔案系統掛載點在系統中掛載點的路徑

#endif

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