super_block:存放已安装文件系统的信息;记录此 filesystem 的整体信息,包括inode/block的总量、使用量、剩余量,以及文件系统的格式不相关信息等
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 char s_blocksize_bits; unsigned char s_dirt; unsigned long long s_maxbytes; /* Max file size */ struct file_system_type *s_type; //文件系统类型 const struct super_operations *s_op; //超级块操作,主要是对inode和super_block进行操作 struct dquot_operations *dq_op; struct quotactl_ops *s_qcop; const struct export_operations *s_export_op; unsigned long s_flags; unsigned long s_magic; struct dentry *s_root; // 文件系统根目录的目录项 struct rw_semaphore s_umount; struct mutex s_lock; int s_count; int s_need_sync_fs; atomic_t s_active;#ifdef CONFIG_SECURITY void *s_security;#endif 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 等待被写回的索引节点的链表 */ struct list_head s_more_io; /* parked for more writeback */ struct hlist_head s_anon; /* anonymous dentries for (nfs) exporting */ struct list_head s_files; /*文件对象的链表*/ /* s_dentry_lru and s_nr_dentry_unused are protected by dcache_lock */ struct list_head s_dentry_lru; /* unused dentry lru */ int s_nr_dentry_unused; /* # of dentry on lru */ struct block_device *s_bdev; /*指向块设备驱动程序的描述符的指针*/ struct mtd_info *s_mtd; 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 */ fmode_t s_mode; /* The next field is for VFS *only*. No filesystems have any business even looking at it. You had been warned */ struct mutex s_vfs_rename_mutex; /* Kludge */ /* Granularity of c/m/atime in ns.Cannot be worse than a second */ u32 s_time_gran; /* Filesystem subtype. If non-empty the filesystem type field in /proc/mounts will be "type.subtype"*/ char *s_subtype; /* Saved mount options for lazy filesystems using generic_show_options() */ char *s_options; /* storage for asynchronous operations*/ struct list_head s_async_list;};
vfsmount:对于每一个 mount 的文件系统,都由一个 vfsmount 结构来表示。
1 vfsmount结构描述的是一个独立文件系统的挂载信息,每个不同挂载点对应一个独立的vfsmount结构,属于同一文件系统的所有目录和文件隶属于同一个vfsmount,该vfsmount结构对应于该文件系统顶层目录,即挂载目录
2 比如对于mount /dev/sdb1 /media/Kingston,挂载点为/media/Kingston,对于Kingston这个目录,其产生新的vfsmount,独立于根文件系统挂载点/所在的vfsmount;3 所有的vfsmount挂载点通过mnt_list双链表挂载于mnt_namespace->list链表中,该mnt命名空间可以通过任意进程获得4 子vfsmount挂载点结构通过mnt_mounts挂载于父vfsmount的mnt_child链表中,并且mnt_parent直接指向父亲fs的vfsmount结构,从而形成层次结构5 vfsmount的super_block结构->statfs函数可以获得该文件系统中空间的使用情况6 对于挂载点/media/Kingston来讲,其 vfsmount->mnt_root->f_dentry->d_name.name = '/';而vfsmount->mnt_mountpoint->f_dentry->d_name.name = 'Kingston'。对于/media/Kingston下的所有目录和文件而言,都是这样的。以上都是经过代码验证
struct vfsmount { struct list_head mnt_hash; struct vfsmount *mnt_parent; /* fs we are mounted on */ struct dentry *mnt_mountpoint; /* dentry of mountpoint */ struct dentry *mnt_root; /* root of the mounted tree */ //指向这个文件系统的根目录 struct super_block *mnt_sb; /* pointer to superblock */ // 指向这个文件系统的超级块对象 struct list_head mnt_mounts; /* list of children, anchored here */ struct list_head mnt_child; /* and going through their mnt_child */ int mnt_flags; /* 4 bytes hole on 64bits arches */ const char *mnt_devname; /* Name of device e.g. /dev/dsk/hda1 */ struct list_head mnt_list; struct list_head mnt_expire; /* link in fs-specific expiry list */ struct list_head mnt_share; /* circular list of shared mounts */ struct list_head mnt_slave_list;/* list of slave mounts */ struct list_head mnt_slave; /* slave list entry */ struct vfsmount *mnt_master; /* slave is on master->mnt_slave_list */ struct mnt_namespace *mnt_ns; /* containing namespace */ int mnt_id; /* mount identifier */ int mnt_group_id; /* peer group identifier */ /* * We put mnt_count & mnt_expiry_mark at the end of struct vfsmount * to let these frequently modified fields in a separate cache line * (so that reads of mnt_flags wont ping-pong on SMP machines) */ atomic_t mnt_count; int mnt_expiry_mark; /* true if marked for expiry */ int mnt_pinned; int mnt_ghosts; /* * This value is not stable unless all of the mnt_writers[] spinlocks * are held, and all mnt_writer[]s on this mount have 0 as their ->count */ atomic_t __mnt_writers;};
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(directory enrty)数据结构。dentry 结构中有个d_inode指针指向相应的inode结构。既然inode结构和dentry结构都是对文件各方面属性的描述,那为什么不把这两个结构“合而为一”呢?这是因为二者所描述的目标不同,dentry结构代表的是逻辑意义上的文件,所描述的是文件逻辑上的属性,因此,目录项对象在磁盘上并没有对应的映像;而inode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。
dentry 的定义在include/linux/dcache.h中:
struct dentry { atomic_t d_count; unsigned int d_flags; /* protected by d_lock 目录项引用计数器*/ spinlock_t d_lock; /* per dentry lock */ int d_mounted; struct inode *d_inode; /* Where the name belongs to - NULL is* negative 与文件名关联的索引节点*/ /* The next three fields are touched by __d_lookup. Place them here so they all fit in a cache line.*/ struct hlist_node d_hash; /* lookup hash list 目录项形成的哈希表 */ struct dentry *d_parent; /* parent directory 父目录的目录项*/ struct qstr d_name; //目录项名(可快速查找) struct list_head d_lru; /* LRU list 未使用的 LRU 链表*/ /*d_child and d_rcu can share memory*/ union { struct list_head d_child; /* child of parent list 父目录的子目录项所形成的链表 */ struct rcu_head d_rcu; } d_u; struct list_head d_subdirs; /* our children 该目录项的子目录所形成的链表*/ struct list_head d_alias; /* inode alias list 索引节点别名的链表 */ unsigned long d_time; /* used by d_revalidate 由 d_revalidate函数使用 */ const struct dentry_operations *d_op;/*目录项的函数集*/ struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree 目录项树的根 (即文件的超级块) */ void *d_fsdata; /* fs-specific data具体文件系统的数据 */ unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN]; /* small names 短文件名*/};
一个有效的dentry结构必定有一个inode结构,这是因为一个目录项要么代表着一个文件,要么代表着一个目录,而目录实际上也是文件。所以,只要dentry结构是有效的,则其指针d_inode必定指向一个inode结构。可是,反过来则不然,一个inode却可能对应着不止一个dentry结构;也就是说,一个文件可以有不止一个文件名或路径名。这是因为一个已经建立的文件可以被连接(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。
在内核中有一个哈希表dentry_hashtable ,是一个list_head的指针数组。一旦在内存中建立起一个目录节点的dentry 结构,该dentry结构就通过其d_hash域链入哈希表中的某个队列中。内核中还有一个队列dentry_unused,凡是已经没有用户(count域为0)使用的dentry结构就通过其d_lru域挂入这个队列。
Dentry结构中除了d_alias 、d_hash、d_lru三个队列外,还有d_vfsmnt、d_child及d_subdir三个队列。其中d_vfsmnt仅在该dentry为一个安装点时才使用。另外,当该目录节点有父目录时,则其dentry结构就通过d_child挂入其父节点的d_subdirs队列中,同时又通过指针d_parent指向其父目录的dentry结构,而它自己各个子目录的dentry结构则挂在其d_subdirs域指向的队列中。
对于一个文件(linux下的都是文件),判断文件是不是目录,或者是不是链接是通过inode;
如果是目录,inode->i_op->lookup方法,一定不为空;
如果是链接,inode->i_op->fllow_link方法,一定不为空;
从上面的叙述可以看出,一个文件系统中所有目录项结构或组织为一个哈希表,或组织为一颗树,或按照某种需要组织为一个链表,这将为文件访问和文件路径搜索奠定下良好的基础。