Linux file 结构体和 inode 结构体

猿友 2021-01-20 16:33:30 浏览数 (6202)
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在设备驱动程序中,一般需要关心两个结构体:file 和 inode。

1. file 结构体

file 结构体代表一个打开的文件,系统中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。

注:在内核和驱动源代码中,struct file 的指针通常被命名为 file 或 filp(即 file pointer)。

struct file {
        union {
           struct llist_node         fu_llist;
           struct rcu_head          fu_rcuhead;
        } 
        f_u;
        struct path               f_path;
        struct inode              *f_inode;/* cached value */
        const struct file_operations      *f_op;/* 和文件关联的操作 */
        /*
         * Protects f_ep_links, f_flags.
         * Must not be taken from IRQ context.
         */
        spinlock_t                f_lock;
        enum rw_hint              f_write_hint;
        atomic_long_t              f_count;
        unsigned int              f_flags;/* 文件标志,如O_RDONLY、O_NONBLOCK、O_SYNC */
        fmode_t                 f_mode;/* 文件读/写模式,FMODE_READ、FMODE_WRITE */
        struct mutex              f_pos_lock;
        loff_t                  f_pos;/* 当前读写位置 */
        struct fown_struct        f_owner;
        const struct cred        *f_cred;
        struct file_ra_state        f_ra;
        u64                f_version;

        #ifdef CONFIG_SECURITY
        void *f_security;
        #endif
        /* needed for tty driver, and maybe others */
        void *private_data; /* 文件私有数据 */
        #ifdef CONFIG_EPOLL
        /* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */
        struct list_head f_ep_links;
        struct list_head f_tfile_llink;
        #endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */
        struct address_space *f_mapping;
        errseq_t f_wb_err;
    }
    __randomize_layout
  __attribute__((aligned(4)));/* lest something weird decides that 2 is OK */
  
    struct file_handle {
      __u32 handle_bytes;
      int handle_type;
      /* file identifier */
      unsigned char f_handle[0];
    };


文件读/写模式 mode、标志 f_flags 都是设备驱动关心的内容,而私有数据指针 private_data 在设备驱动中被广泛应用,大多被指向设备驱动自定义以用于描述设备的结构体。


2. inode 结构体

VFS inode 包含文件访问权限、属主、组、大小、生成时间、访问时间、最后修改事件等信息。它是 Linux 管理文件系统的基本单位,也是文件系统连接任何子目录、文件的桥梁,inode 结构体的定义如下:


struct inode {

        umode_t                        i_mode;

/* inode的权限 */

        unsigned short                i_opflags;

        kuid_t                        i_uid;

/* inode拥有者的id */

        kgid_t                        i_gid;

/* inode所属的群组id */

        unsigned int                i_flags;

#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACL

        struct posix_acl        *i_acl;

        struct posix_acl        *i_default_acl;

#endif

        const struct inode_operations        *i_op;

        struct super_block        *i_sb;

        struct address_space        *i_mapping;

#ifdef CONFIG_SECURITY

        void                        *i_security;

#endif

        /* Stat data, not accessed from path walking */

        unsigned long                i_ino;

        /*

         * Filesystems may only read i_nlink directly.  They shall use the

         * following functions for modification:

         *

         *    (set|clear|inc|drop)_nlink

         *    inode_(inc|dec)_link_count

         */

        union {

                const unsigned int i_nlink;

                unsigned int __i_nlink;

        };

        dev_t                        i_rdev;

/* 若是设备文件,此字段将记录设备的设备号 */

        loff_t                        i_size;

/* inode所代表的文件大小 */

        struct timespec                i_atime;

/* inode最近一次的存取时间 */

        struct timespec                i_mtime;

/* inode最近一次的修改时间 */

        struct timespec                i_ctime;

/* inode的产生时间 */

        spinlock_t                i_lock;

/* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */

        unsigned short          i_bytes;

        unsigned int                i_blkbits;

        enum rw_hint                i_write_hint;

        blkcnt_t                i_blocks;

/* inode所使用的block数,一个block为512字节 */

#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED

        seqcount_t                i_size_seqcount;

#endif

        /* Misc */

        unsigned long                i_state;

        struct rw_semaphore        i_rwsem;

        unsigned long                dirtied_when;

/* jiffies of first dirtying */

        unsigned long                dirtied_time_when;

        struct hlist_node        i_hash;

        struct list_head        i_io_list;

/* backing dev IO list */

#ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK

        struct bdi_writeback        *i_wb;

/* the associated cgroup wb */

        /* foreign inode detection, see wbc_detach_inode() */

        int                        i_wb_frn_winner;

        u16                        i_wb_frn_avg_time;

        u16                        i_wb_frn_history;

#endif

        struct list_head        i_lru;

/* inode LRU list */

        struct list_head        i_sb_list;

        struct list_head        i_wb_list; 

/* backing dev writeback list */

        union {

                struct hlist_head        i_dentry;

                struct rcu_head                i_rcu;

        };

        u64                        i_version;

        atomic_t                i_count;

        atomic_t                i_dio_count;

        atomic_t                i_writecount;

#ifdef CONFIG_IMA

        atomic_t                i_readcount;

/* struct files open RO */

#endif

        const struct file_operations        *i_fop;

/* former ->i_op->default_file_ops */

        struct file_lock_context        *i_flctx;

        struct address_space        i_data;

        struct list_head        i_devices;

        union {

                struct pipe_inode_info        *i_pipe;

                struct block_device        *i_bdev;

/* 若是块设备,为其对应的block_device结构体指针 */

                struct cdev                *i_cdev;

/* 若是字符设备,为其对应的cdev结构体指针 */

                char                        *i_link;

                unsigned                i_dir_seq;

        };

        __u32                        i_generation;

#ifdef CONFIG_FSNOTIFY

        __u32                        i_fsnotify_mask;

/* all events this inode cares about */

        struct fsnotify_mark_connector __rcu        *i_fsnotify_marks;

#endif

#if IS_ENABLED(CONFIG_FS_ENCRYPTION)

        struct fscrypt_info        *i_crypt_info;

#endif

        void                        *i_private;

/* fs or device private pointer */

} __randomize_layout;


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