文件系统系列学习笔记 - inode/dentry/file/super（2）

此篇文章主要介绍下linux 文件系统下的主要对象及他们之间的关系。

1 inode

inode结构中主要包含对文件或者目录原信息的描述，原信息包括但不限于文件大小、文件在磁盘块中的位置信息、权限位、文件属性等。文件系统主要通过查找内存中是否有对应的inode来判断一个文件是否存在。

inode本质上分为两种，一种是磁盘文件系统确实存在的inode信息，这里暂叫disk_inode，另一种是内存中的inode，是根据disk_inode生成的，这里暂叫mm_inode。mm_inode中包含文件文件系统特殊管理的复杂数据信息，比对应disk_inode信息量大的多。这里注意，disk_inode并非每个磁盘文件系统都包含，但如前文所述，若想被挂载使用，必须模拟出对应的disk_inode（最终目的是mm_inode）。

inode 结构体定义：

/include/linux/fs.h
struct inode {
    struct hlist_node    i_hash;
    struct list_head    i_list;
    struct list_head    i_dentry;//All the dentrys which point to this inode list together.
    unsigned long        i_ino;//The inode id, unique in a certain fils system.Sometimes kernel use the i_ino to locate the inode structure
    atomic_t        i_count;
    umode_t            i_mode;
    unsigned int        i_nlink;//How many dentrys points to this same inode.
    uid_t            i_uid;
    gid_t            i_gid;
    dev_t            i_rdev;//if this inode standard for a specific device file, the region include major/minor device number.
    loff_t            i_size;//The size of the data in this inode.
    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;
    unsigned char        i_sock;
    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
};

2 dentry
dentry 表示目录项，这里注意目录项和目录的区分。目录中包含有文件和子目录。而目录项是文件系统逻辑概念，简单讲是一个全路径当中的字段，但这个字段必然代表某一文件系统下的目录或者文件。在文件路径名到具体文件的解析中dentry有重要应用。这里注意一个inode可能对应多个不同的dentry对象，但一个dentry能切只能指向一个inode对象。即多个文件路径指向同一个文件物理。

dentry结构体定义：

/include/linux/dcache.h
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结构有6个list_head(list_head既可以作为队列的头部，也可以将其数据结构挂入到某个队列中):

d_vfsmount:仅在该dentry结构是一个安装点时才可以使用

d_hash:一个dentry结构一旦建立就通过就通过d_hash挂入杂凑表dentry_hashtable中的某个队列中。

d_lru:当共享计数为0时，通过d_lru挂入LRU队列的dentry_unused中。

d_child:一个dentry通过d_child挂入其父节点的d_subdirs中。同时通过d_parent指向其父目录的dentry结构。

d_subdirs:该dentry自己的所有子目录挂在该队列下。

d_alias:在inode结构中有个队列i_dentry，凡是代表这个文件的所有目录项头通过d_alias挂入相应inode结构中的i_dentry队列。

一个有效的dentry必然关联一个inode，然而反过来一个inode却可能对应着不止一个dentry结构。也就是说一个文件可能有不止一个路径名（因为一个已建立的文件可以被link到其他的文件名）

3 File

4 Super_block
5 他们之间连接的数据结构