第 8 章虚拟文件系统（2）

8.3 VFS结构

8.3.1 结构概观

8.3.2 inode

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8.3 VFS结构

8.3.1 结构概观

VFS组成部分：

1. 文件。

2. 文件系统。

1. 文件的表示

inode：包含文件信息及数据存储位置。

上图右下方：

struct files_struct { //作用：跟踪该进程所有打开的文件。

struct file *fd_array[ NR_OPEN_DEFAULT ]; // fd 作为索引

};

struct dentry：表示一个目录项。

作用：缓存文件路径名。加速文件查找和访问。

底层的操作函数指针:

1. struct inode_operations 包括：

创建链接，文件重命名，创建文件，删除文件。

2. struct file_operations 包括：

读写文件，mmap，设置文件位置等指针。

2. 文件系统和超级块信息

超级块：struct super_block

struct super_block 包含：

1. 文件系统信息：块长度，最大文件长度。

2. 修改过的 inode 列表。

3. 通过 struct super_operations *s_op 包括操作 inode 的函数指针，如：

alloc_inode，write_inode，destroy_inode，dirty_inode，remount_fs 等。

8.3.2 inode

inode 分为：

存在磁盘中：存在于底层的具体文件系统中。

存在内存中：即 struct inode（本节所讲）。

从磁盘中读取到的 inode 信息，将填充到内存 struct inode。

应用层访问文件的过程：

1. 路径解析。寻找对应 dentry，若未找到则创建dentry。

2. 通过 dentry 找到对应 inode。

3. 分配 fd 和 struct file 对象。

从Ext2开始，内核将文件属性和文件内容分开存储，分别对应 inode 和数据块 block。

struct inode {

umode_t i_mode;

// 10位，1位是文件类型，后9位是所有者/组/其他成员的读写访问权限。

kuid_t i_uid; // 使用者 id

kgid_t i_gid; // 所属组

unsigned int i_flags;

struct inode_operations *i_op;

struct super_block *i_sb;

struct address_space *i_mapping; // 通常指向 i_data

unsigned long i_ino;

//索引节点号，每个 inode 唯一，根目录的 i_ino 通常为0。

union {

const unsigned int i_nlink; // 硬链接数目。

unsigned int __i_nlink;

};

dev_t i_rdev; // 当为设备文件时，表示设备号。

loff_t i_size; // 文件的长度，单位字节。

struct timespec64 i_atime; // 最后访问时间

struct timespec64 i_mtime; // 最后修改文件时间

struct timespec64 i_ctime; // 最后修改 inode 时间

spinlock_t i_lock;

unsigned short i_bytes; // 文件中最后一个块的字节数

u8 i_blkbits; // 块大小

blkcnt_t i_blocks; // 文件占用块数，文件系统的特征。

unsigned long i_state;

struct hlist_node i_hash;

// 连接 hash 值相等的 inode，根据 inode 号+ 超级块地址定位到 hash 表找到 inode。

struct list_head i_io_list;

struct list_head i_lru;

struct list_head i_sb_list;

struct list_head i_wb_list;

union {

struct hlist_head i_dentry;

//连接了该 inode 所有 dentry，一个 inode 可有多个dentry，如硬链接。

struct rcu_head i_rcu;

};

atomic_t i_count; // 使用 inode 的引用计数

struct file_operations *i_fop;

struct address_space i_data;

union { // 文件类型

struct pipe_inode_info *i_pipe;

struct block_device *i_bdev;

struct cdev *i_cdev;

char *i_link;

unsigned i_dir_seq;

};

void *i_private;

};

struct inode 中复合数据类型的成员有：

1. inode操作

即 struct inode_operations *i_op;

struct inode_operations *i_op; 操作文件的属性。

struct file_operations *i_fop; 操作文件的数据。

struct inode_operations {

struct dentry *(*lookup) (struct inode *, struct dentry *, unsigned int);

//根据文件名查找其inode。

char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *, struct delayed_call *);

int (*readlink) (struct dentry *, char __user *, int);

int (*link) (struct dentry *, struct inode *, struct dentry *);

int (*symlink) (struct inode *, struct dentry *, const char *);

int (*unlink) (struct inode *, struct dentry *);

int (*mknod) (struct inode *, struct dentry *, umode_t,dev_t);

int (*create) (struct inode *, struct dentry *, umode_t, bool);

int (*rmdir) (struct inode *, struct dentry *);

int (*mkdir) (struct inode *, struct dentry *, umode_t);

int (*rename) (struct inode *, struct dentry *, struct inode *, struct dentry *, unsigned int);

int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);

//扩展属性，实现文件ACL。

ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);

};

struct dentry 作用：

关联文件名及其 inode。

文件ACL：

提供比传统文件权限（user, group, others 的 rwx 权限）更细致管理。

可对指定用户或用户组设定指定权限。