虚拟文件系统相关结构描述

虚拟文件系统相关结构描述

一，文件系统类型，挂载点，VFS超级快，目录项，节点结构

每一种文件系统类型都描述为一个file_system_type结构。

struct file_system_type {

const char *name;

int fs_flags;

struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,

       const char *, void *);

void (*kill_sb) (struct super_block *);

struct module *owner;

struct file_system_type * next;

struct list_head fs_supers;

......

};

Name：//保存文件系统名

fs_flags：//保存控制挂载方式的标志，比如只读装载、禁止setuid/setgid等

Mount：//在内存中创建一个超级快结构，并为该文件系统分配一个根目录结构。

kill_sb：//不需要某文件系统时执行清理工作。

Owner：//文件系统以模块形式加载时owner才有意义，NULL表示文件系统已持久编译到内核中。

Next：//文件系统注册时将其挂载到链表file_systems中。

fs_supers：//同一类型文件系统可以被多次挂载，所以同一类型文件系统可以有多个超级快结构，这些超级快聚集在一个链表中，fs_supers就是对应的链表头。

 

每一个装载的文件系统都对应一个 vfsmount结构。

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 */

struct super_block *mnt_sb; /* pointer to superblock */

......

struct list_head mnt_mounts; /* list of children, anchored here */

struct list_head mnt_child; /* and going through their mnt_child */

int mnt_flags;

......

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 */

int mnt_expiry_mark; /* true if marked for expiry */

int mnt_pinned;

int mnt_ghosts;

};

mnt_hash：在fs/namespace.c中定义了一个散列表mount_hashtable， vfsmount 实例地址和其对应挂载点地址用来计算散列值。冲突元素以链表形式实现，mnt_hash就是链表元素。

mnt_mountpoint：是当前文件系统的装载点在其父目录中的dentry结 构。文件系统本身的相对根目录所对应的dentry保存在mnt_root。这两个dentry实例表示同一目录。

mnt_sb：指向该类文件系统本次挂载对应的超级快。

mnt_mounts：用于链接子文件系统。

mnt_child：用于链接到父文件系统的mnt_mounts中。

mnt_flags：控制文件系统的安装模式。如设置标志MNT_NODEV表 示文件系统是虚拟的，即没有物理后端设备。相关标志在fs.h中定义。

mnt_slave、mnt_slave_list、mnt_master：它们实现了从属装载，主装 载将所有从属装载保存在一个链表上，mnt_slave_list作为链表头，mnt_slave作为链表元素，所有从属装载都通过mnt_master指向其主装载。

mnt_share：所有共享装载都保存在一个循环链表中，mnt_share作为 链表元素。

mnt_expiry_mark：如果为true表示装载的文件系统已经不再使用， mnt_expire用作链表元素，将所有自动过期的装载保存在一个循环链表上。

 

文件系统的挂载都会创建一个对应的超级块，用以描述整个文件系统的信息。

struct super_block {

struct list_head s_list; /* Keep this first */

dev_t s_dev; /* search index; _not_ kdev_t */

unsigned char s_dirt;

unsigned char s_blocksize_bits;

unsigned long s_blocksize;

loff_t s_maxbytes; /* Max file size */

struct file_system_type *s_type;

const struct super_operations *s_op;

const struct dquot_operations *dq_op;

const struct quotactl_ops *s_qcop;

const struct export_operations *s_export_op;

unsigned long s_flags;

unsigned long s_magic;

struct dentry *s_root;

struct rw_semaphore s_umount;

struct mutex s_lock;

int s_count;

atomic_t s_active;

......

struct list_head s_inodes; /* all inodes */

......

struct list_head s_files;

......

struct block_device *s_bdev;

struct backing_dev_info *s_bdi;

struct mtd_info *s_mtd;

struct list_head s_instances;

struct quota_info s_dquot; /* Diskquota specific options */

......

void  *s_fs_info; /* Filesystem private info */

u32    s_time_gran;

......

};

s_list:用于将超级块结构链接到全局链表super_blocks中去。

s_dev、s_bdev：指定了底层文件系统数据所在的块设备。前者是用了 内核内部的编号，后者是一个指向内存中的block_device结构的指针。

s_dirt：如果超级块被改变就将该字段置为1.

s_blocksize，s_blocksize_bits：前一个指定了文件系统块的长度，单 位为字节，后者是对前一个值取以2为底的对数。

s_type：指向该超级块对应的文件系统类型。

s_op：处理超级块的一些方法，由底层文件系统的代码提供。

dq_op：指向某个具体的文件系统，用于限额操作的函数集合。

s_qcop：限额控制方法。

s_export_op：导出方法，用于nfsd与文件系统的交互。

s_flags：登录标志。

s_magic：幻数，区别于其他文件系统的标志。

s_root：将超级块与全局根目录的dentry项关联起来。

s_count：超级块引用计数。

s_active：超级块活动引用计数。

s_inodes: 所有inode的链表。

s_files：所有打开文件的file结构链表。

s_bdev：指向对应的块设备。

s_bdi：对应设备所支持的一些信息。

s_mtd：如果所对应的是mtd设备，该字段指向设备的mtd_info结构。

s_instances：统一文件系统类型的所有超级块结构都链接到 file_system_type 的fs_supers成员上，s_instances就是对应的链表元素。

s_dquot：磁盘配额相关选项。

s_fs_info：指向文件系统实现的私有数据。

s_time_gran：指定了文件系统支持的各种时间戳的最大的可能粒度。

 

file_system_type描述了一种文件系统类型；vfsmount描述了文件系统一次挂载的相关信息；super_block表示文件系统被装载后，装载点和文件系统本身的一些信息。一类文件系统只能有一个file_system_type，如果该类文件系统被多次装载，则有多个vfsmount和对应的多个super_block。

 

VFS中每个文件、目录文件都由一个唯一的VFS inode表示，每个VFS inode中的信息都从实际的文件系统中得到。

struct inode {

umode_t i_mode;

unsigned short i_opflags;

uid_t i_uid;

gid_t i_gid;

......

const struct inode_operations *i_op;

struct super_block *i_sb;

struct address_space *i_mapping;

......

unsigned long i_ino;

union {

const unsigned int i_nlink;

unsigned int __i_nlink;

};

dev_t i_rdev;

struct timespec i_atime;

struct timespec i_mtime;

struct timespec i_ctime;

spinlock_t i_lock; /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */

unsigned short          i_bytes;

blkcnt_t i_blocks;

loff_t i_size;

......

unsigned long dirtied_when; /* jiffies of first dirtying */

struct hlist_node i_hash;

......

struct list_head i_sb_list;

union {

struct list_head i_dentry;

struct rcu_head i_rcu;

};

atomic_t i_count;

unsigned int i_blkbits;

......

const struct file_operations *i_fop;

struct file_lock *i_flock;

struct address_space i_data;

......

struct list_head i_devices;

union {

struct pipe_inode_info *i_pipe;

struct block_device *i_bdev;

struct cdev *i_cdev;

};

__u32 i_generation;

......

void *i_private; /* fs or device private pointer */

};

i_mode：文件类型和访问权限。

i_uid、i_gid：与该文件相关的用户ID和组ID。

i_op、i_fop：前者负责管理结构性的操作和文件相关属性的操作；后 者用于操作文件中包含的数据。

i_sb：指向文件所属文件系统对应的超级块结构。

i_mapping：相关地址映射。

i_ino：索引节点号，唯一标识一个inode结构。

i_nlink：使用该inode的硬链接总数。

i_rdev：该inide表示设备文件时该字段存储该设备的设备号。

i_atime、i_mtime、i_ctime：分别存储了最后访问时间，最后修改时 间，最后修改inode的时间。

i_size、i_blocks：保存文件的长度，前者按字节计算后者按块计算， i_blkbits是i_size以2为底的对数。

dirtied_when：第一次被修改发生的时间，以jiffies计。

i_hash：存放inode的散列值。

i_sb_list：将该inode链入对应超级块的链表s_inodes中。

i_count：使用技术器，表明使用该inode的进程数。

i_data：设备地址映射。

i_devices：利用该成员作为链表元素，使得块设备或字符设备可以维 护一个inode结构的链表。

i_generation：索引节点版本号。

i_dentry：指向同一个inode的dentry结构通过d_alias链接对应inode 的i_dentry队列中。

 

结构dentry将文件系统的路径与节点inode联系起来，通过文件系统路径可查找生成dentry结构，dentry结构生成后，通过文件的路径的hash值可直接查找到对应的dentry，进而找到对应的iniode结构。

struct dentry {

unsigned int d_flags; /* protected by d_lock */

seqcount_t d_seq; /* per dentry seqlock */

struct hlist_bl_node d_hash; /* lookup hash list */

struct dentry *d_parent; /* parent directory */

struct qstr d_name;

struct inode *d_inode; /* belongs to - NULL is * negative */

unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN]; /* small names */

unsigned int d_count; /* protected by d_lock */

spinlock_t d_lock; /* per dentry lock */

const struct dentry_operations *d_op;

struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */

unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */

void *d_fsdata; /* fs-specific data */

struct list_head d_lru; /* LRU list */

union {

struct list_head d_child; /* child of parent list */

  struct rcu_head d_rcu;

} d_u;

struct list_head d_subdirs; /* our children */

struct list_head d_alias; /* inode alias list */

};

d_flags：包含几个标志，比如DCACHE_DISCONNECTED表示dentry 没有连接到超级块的dentry树，DCACHE_UNHASHED表示该结构没有在任何inode的散列表中。

d_hash：内存中所有活动的dentry实例都保存在一个散列表中，该散 列表使用fs/dcache.c中的全局变量dentry_hashtable实现。

用d_hash实现溢出链，用于解决散列碰撞。

d_parent：指向父目录的dentry实例。

d_name：包含了dentry的名称，名称长度和hash值。

d_inode：指向相关inode实例的指针，如果为NULL表示该dentry 为一个不存在的文件名建立的。

d_iname：如果文件名只由少量字符组成，则保存在d_iname中。

d_count：内核中有一个全局链表dentry_unused，当d_count为0的目 录项结构都自动放置到该链表上。

d_op：指向一个函数集，提供对dentry对象的各种操作，这些操作有 底层文件系统实现。

d_sb：指向dentry所属文件系统的超级块实例。

d_fsdata：特定于文件系统的数据。

d_lru：共享计数为0的dentry结构都通过队列头d_lru链入LRU队 列dentry_unused在队列中等待释放或重新被使用。

d_child：用于链接到父目录的d_subdirs中的链表元素。

d_alias：指向同一个inode的dentry结构通过d_alias链接在一起。都 在该inode的i_dentry队列中。