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2017
02-07

Linux2.6X内核中文件相关结构体总结

一、 常见文件相关结构体

    1.1 struct file

    1.2 struct dentry

    1.3 struct files_struct

    1.4 struct  fs_struct

    1.5 struct inode

二、实例

    2.1 由相对路径得到绝对路径

    2.2 由文件描述符得到文件的绝对路径

    2.3 得到当前进程的绝对路径

 

一、 常见文件相关结构体

以2.6.22为例,其他的2.6.X版本可能调整,但是变化不大。

1.1 struct file

struct file结构体定义在include/Linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件,系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建,并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后,内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码中,struct file的指针通常被命名为file或filp。如下所示:

struct file {

        union {

             struct list_head fu_list; 文件对象链表指针linux/include/linux/list.h

             struct rcu_head fu_rcuhead; RCU(Read-Copy Update)是Linux 2.6内核中新的锁机制

        } f_u;

        struct path f_path;  包含dentry和mnt两个成员,用于确定文件路径

        #define f_dentry  f_path.dentry  f_path的成员之一,当前文件的dentry结构

        #define f_vfsmnt  f_path.mnt  表示当前文件所在文件系统的挂载根目录

        const struct file_operations *f_op; 与该文件相关联的操作函数

        atomic_t  f_count; 文件的引用计数(有多少进程打开该文件)

        unsigned int  f_flags;  对应于open时指定的flag

        mode_t  f_mode; 读写模式:open的mod_t mode参数

        off_t  f_pos; 该文件在当前进程中的文件偏移量

        struct fown_struct f_owner; 该结构的作用是通过信号进行I/O时间通知的数据。

        unsigned int  f_uid, f_gid; 文件所有者id,所有者组id

        struct file_ra_state f_ra;  在linux/include/linux/fs.h中定义,文件预读相关

        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 */

       struct address_space *f_mapping;

};

1.2 struct dentry

dentry的中文名称是目录项,是Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接。这个索引节点可以是文件,也可以是目录。inode(可理解为ext2 inode)对应于物理磁盘上的具体对象,dentry是一个内存实体,其中的d_inode成员指向对应的inode。也就是说,一个inode可以在运行的时候链接多个dentry,而d_count记录了这个链接的数量。

struct dentry { 
        atomic_t d_count; 目录项对象使用计数器,可以有未使用态,使用态和负状态                                            
        unsigned int d_flags; 目录项标志 
        struct inode * d_inode; 与文件名关联的索引节点 
        struct dentry * d_parent; 父目录的目录项对象 
        struct list_head d_hash; 散列表表项的指针 
        struct list_head d_lru; 未使用链表的指针 
        struct list_head d_child; 父目录中目录项对象的链表的指针 
        struct list_head d_subdirs;对目录而言,表示子目录目录项对象的链表 
        struct list_head d_alias; 相关索引节点(别名)的链表 
        int d_mounted; 对于安装点而言,表示被安装文件系统根项 
        struct qstr d_name; 文件名 
        unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */ 
        struct dentry_operations *d_op; 目录项方法 
        struct super_block * d_sb; 文件的超级块对象 
        vunsigned long d_vfs_flags; 
        void * d_fsdata;与文件系统相关的数据 
        unsigned char d_iname [DNAME_INLINE_LEN]; 存放短文件名

};

1.3 struct files_struct

对于每个进程,包含一个files_struct结构,用来记录文件描述符的使用情况,定义在include/linux/file.h中

struct files_struct

{

        atomic_t count; 使用该表的进程数

        struct fdtable *fdt;

        struct fdtable fdtab;

        spinlock_t file_lock ____cacheline_aligned_in_smp;

        int next_fd; 数值最小的最近关闭文件的文件描述符,下一个可用的文件描述符

        struct embedded_fd_set close_on_exec_init;执行exec时需要关闭的文件描述符初值集合

        struct embedded_fd_set open_fds_init;文件描述符的屏蔽字初值集合

        struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 默认打开的fd队列

};

struct fdtable {

        unsigned int max_fds;

        struct file ** fd; 指向打开的文件描述符列表的指针,开始的时候指向fd_array,当超过max_fds时,重新分配地址

        fd_set *close_on_exec; 执行exec需要关闭的文件描述符位图(fork,exec即不被子进程继承的文件描述符)

        fd_set *open_fds; 打开的文件描述符位图

        struct rcu_head rcu;

        struct fdtable *next;

};

1.4 struct  fs_struct

struct fs_struct {

     atomic_t count; 计数器

     rwlock_t lock; 读写锁

     int umask;

     struct dentry * root, * pwd, * altroot;根目录("/"),当前目录以及替换根目录

     struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;

};

1.5 struct inode

索引节点对象由inode结构体表示,定义文件在linux/fs.h中。

struct inode { 
        struct hlist_node       i_hash; 哈希表 
        struct list_head        i_list;   索引节点链表 
        struct list_head        i_dentry; 目录项链表 
        unsigned long           i_ino;  节点号 
        atomic_t                i_count; 引用记数 
        umode_t                 i_mode; 访问权限控制 
        unsigned int            i_nlink; 硬链接数 
        uid_t                   i_uid;  使用者id 
        gid_t                   i_gid;  使用者id组 
        kdev_t                  i_rdev; 实设备标识符 
        loff_t                  i_size;  以字节为单位的文件大小 
        struct timespec         i_atime; 最后访问时间 
        struct timespec         i_mtime; 最后修改(modify)时间 
        struct timespec         i_ctime; 最后改变(change)时间 
        unsigned int            i_blkbits; 以位为单位的块大小 
        unsigned long           i_blksize; 以字节为单位的块大小 
        unsigned long           i_version; 版本号 
        unsigned long           i_blocks; 文件的块数 
        unsigned short          i_bytes; 使用的字节数 
        spinlock_t              i_lock; 自旋锁 
        struct rw_semaphore     i_alloc_sem; 索引节点信号量 
        struct inode_operations *i_op; 索引节点操作表 
        struct file_operations  *i_fop; 默认的索引节点操作 
        struct super_block      *i_sb; 相关的超级块 
        struct file_lock        *i_flock; 文件锁链表 
        struct address_space    *i_mapping; 相关的地址映射 
        struct address_space    i_data; 设备地址映射 
        struct dquot            *i_dquot[MAXQUOTAS];节点的磁盘限额 
        struct list_head        i_devices; 块设备链表 
        struct pipe_inode_info  *i_pipe; 管道信息 
        struct block_device     *i_bdev; 块设备驱动 
        unsigned long           i_dnotify_mask;目录通知掩码 
        struct dnotify_struct   *i_dnotify; 目录通知 
        unsigned long           i_state; 状态标志 
        unsigned long           dirtied_when;首次修改时间 
        unsigned int            i_flags; 文件系统标志 
        unsigned char           i_sock; 套接字 
        atomic_t                i_writecount; 写者记数 
        void                    *i_security; 安全模块 
        __u32                   i_generation; 索引节点版本号 
        union { 
                void            *generic_ip;文件特殊信息 
        } u; 
};

下图为一个进程中各主要的文件相关结构的关系图:

Linux2.6X内核中文件相关结构体总结 - 第1张  | 刘建广学习笔记

下图为多个进程打开同一文件的情况:

Linux2.6X内核中文件相关结构体总结 - 第2张  | 刘建广学习笔记

二、实例

2.1 由相对路径得到绝对路径

内核的结构体不提供文件的绝对路径成员,由相对路径得到绝对路径的关键在得到当前的工作路径。

当前的工作路径可以由current->fs的pwd和pwdmnt成员得到,基本过程:

1、由pwd->d_name.Name得到当前路径名,由pwd->d_parent得到父目录dentry结构,

一直向上检索,直到父目录为"/",此时得到的是文件在本文件系统下的路径。

2、如果current->fs->pwdmnt->mnt_mountpoint的路径不是"/",说明文件所在的文件系统不是挂载在根目录下,需要得到挂载点。mnt_mountpoint也是一个dentry变量,方法同1。

3、最后把文件系统挂载点和文件在文件系统中的路径拼接起来即可。

2.2 由文件描述符得到文件的绝对路径

由当前进程的文件描述符得到文件的绝对路径:

#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

得到在所在文件系统下的路径

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

得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径

#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

得到在所在文件系统下的路径

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

得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径

#else

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

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

得到在所在文件系统下的路径

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

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

得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径

#endif

2.3 得到当前进程的绝对路径

#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

得到在所在文件系统下的路径

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

得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径

#else

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

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

得到在所在文件系统下的路径

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

得到文件系统挂载点在系统中挂载点的路径

#endif

最后编辑:
作者:liujg
真实-不弄虚,不做假,做自己,不违心; 踏实-不浮躁,不盲从,不急功,不近利; 实学-不投机,不取巧,勤于学,精于业。