VFS，super_block，inode，dentry—结构体图解

总结：

VFS只存在于内存中，它在系统启动时被创建，系统关闭时注销。

VFS的作用就是屏蔽各类文件系统的差异，给用户、应用程序、甚至Linux其他管理模块提供统一的接口集合。

管理VFS数据结构的组成部分主要包括超级块和inode。

 

VFS是物理文件系统与服务之间的一个接口层，它对Linux的每个文件系统的所有细节进行抽象，使得不同的文件系统在Linux核心以及系统中运行的进程看来都是相同的。

严格的说，VFS并不是一种实际的文件系统。它只存在于内存中，不存在于任何外存空间。VFS在系统启动时建立，在系统关闭时消亡。

 

VFS使Linux同时安装、支持许多不同类型的文件系统成为可能。VFS拥有关于各种特殊文件系统的公共界面，当某个进程发布了一个面向文件的系统调用时，内核将调用VFS中对应的函数，这个函数处理一些与物理结构无关的操作，并且把它重定向为真实文件系统中相应的函数调用，后者用来处理那些与物理结构相关的操作。

 

下图就是逻辑上对VFS及其下层实际文件系统的组织图，可以看到用户层只能于VFS打交道，而不能直接访问实际的文件系统，比如EXT2、EXT3、PROC，换句话说，

就是用户层不用也不能区别对待这些真正的文件系统，不过，SOCKET虽然也属于VFS的管辖范围，但是有其特殊性，

就是不能像打开大部分文件系统下的“文件”一样打开socket，它只能被创建，而且内核中对其有特殊性处理。

 

 

    VFS描述文件系统使用超级块和inode 的方式，所谓超级块就是对所有文件系统的管理机构，每种文件系统都要把自己的信息挂到super_blocks这么一个全局链表上。

内核中是分成2个步骤完成：首先每个文件系统必须通过register_filesystem函数将自己的file_system_type挂接到file_systems这个全局变量上，

然后调用kern_mount函数把自己的文件相关操作函数集合表挂到super_blocks上。每种文件系统类型的读超级块的例程（get_sb）必须由自己实现。

 

    文件系统由子目录和文件构成。每个子目录和文件只能由唯一的inode 描述。inode 是Linux管理文件系统的最基本单位，也是文件系统连接任何子目录、文件的桥梁。

VFS inode的内容取自物理设备上的文件系统，由文件系统指定的操作函数(i_op 属性指定)填写。VFS inode只存在于内存中，可通过inode缓存访问。

 

1、super_block

• 相关的数据结构为:

1. struct super_block
2. {
3. struct list_head s_list;/* Keep this first */// 连接super_block的链表
4. dev_t s_dev;/* search index; _not_ kdev_t */
5. unsignedlong s_blocksize;
6. unsignedlong s_old_blocksize;
7. unsignedchar s_blocksize_bits;
8. unsignedchar s_dirt;
9. unsignedlonglong s_maxbytes;/* Max file size */
10. struct file_system_type *s_type;// 所表示的文件系统的类型
11. struct super_operations *s_op;// 文件相关操作函数集合表
12. struct dquot_operations *dq_op;//
13. struct quotactl_ops *s_qcop;//
14. struct export_operations *s_export_op;//
15. unsignedlong s_flags;//
16. unsignedlong s_magic;//
17. struct dentry *s_root;// Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接
18. struct rw_semaphore s_umount;//
19. struct semaphore s_lock;//
20. int s_count;//
21. int s_syncing;//
22. int s_need_sync_fs;//
23. atomic_t s_active;//
24. void*s_security;//
25. struct xattr_handler **s_xattr;//
26. struct list_head s_inodes;/* all inodes */// 链接文件系统的inode
27. struct list_head s_dirty;/* dirty inodes */
28. struct list_head s_io;/* parked for writeback */
29. struct hlist_head s_anon;/* anonymous dentries for (nfs) exporting */
30. struct list_head s_files;// 对于每一个打开的文件,由file对象来表示。链接文件系统中file
31. struct block_device *s_bdev;//
32. struct list_head s_instances;//
33. struct quota_info s_dquot;/* Diskquota specific options */
34. int s_frozen;//
35. wait_queue_head_t s_wait_unfrozen;//
36. char s_id[32];/* Informational name */
37. void*s_fs_info;/* Filesystem private info */
38. /**
39. * The next field is for VFS *only*. No filesystems have any business
40. * even looking at it. You had been warned.
41. */
42. struct semaphore s_vfs_rename_sem;/* Kludge */
43. /* Granuality of c/m/atime in ns.
44. Cannot be worse than a second */
45. u32 s_time_gran;
46. };

 

• super_block存在于两个链表中,一个是系统所有super_block的链表, 一个是对于特定的文件系统的super_block链表.

      所有的super_block都存在于 super_blocks(VFS管理层) 链表中:

• 对于特定的文件系统(文件系统层的具体文件系统), 该文件系统的所有的super_block 都存在于file_sytem_type中的fs_supers链表中.

而所有的文件系统,都存在于file_systems链表中.这是通过调用register_filesystem接口来注册文件系统的.
     int register_filesystem(struct file_system_type * fs) 

 

 

2、inode

inode(发音：eye-node)译成中文就是索引节点，它用来存放档案及目录的基本信息，包含时间、档名、使用者及群组等。

 

inode 是 UNIX 操作系统中的一种数据结构，其本质是结构体，它包含了与文件系统中各个文件相关的一些重要信息。在 UNIX 中创建文件系统时，同时将会创建大量的 inode 。

通常，文件系统磁盘空间中大约百分之一空间分配给了 inode 表。

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的，也可以是目录的。

 

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。

相关的数据结构为:

1. /*
2. * Keep mostly read-only and often accessed (especially for
3. * the RCU path lookup and 'stat' data) fields at the beginning
4. * of the 'struct inode'
5. */
6. struct inode
7. {
8. umode_t i_mode;
9. unsignedshort i_opflags;
10. kuid_t i_uid;
11. kgid_t i_gid;
12. unsignedint i_flags;
14. #ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACL
15. struct posix_acl *i_acl;
16. struct posix_acl *i_default_acl;
17. #endif
19. conststruct inode_operations *i_op;
20. struct super_block *i_sb;
21. struct address_space *i_mapping;
23. #ifdef CONFIG_SECURITY
24. void*i_security;
25. #endif
27. /* Stat data, not accessed from path walking */
28. unsignedlong i_ino;
29. /*
30. * Filesystems may only read i_nlink directly. They shall use the
31. * following functions for modification:
32. *
33. * (set|clear|inc|drop)_nlink
34. * inode_(inc|dec)_link_count
35. */
36. union
37. {
38. constunsignedint i_nlink;
39. unsignedint __i_nlink;
40. };
41. dev_t i_rdev;
42. loff_t i_size;
43. struct timespec i_atime;
44. struct timespec i_mtime;
45. struct timespec i_ctime;
46. spinlock_t i_lock;/* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */
47. unsignedshort i_bytes;
48. unsignedint i_blkbits;
49. blkcnt_t i_blocks;
51. #ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED
52. seqcount_t i_size_seqcount;
53. #endif
55. /* Misc */
56. unsignedlong i_state;
57. struct mutex i_mutex;
59. unsignedlong dirtied_when;/* jiffies of first dirtying */
60. unsignedlong dirtied_time_when;
62. struct hlist_node i_hash;
63. struct list_head i_wb_list;/* backing dev IO list */
64. struct list_head i_lru;/* inode LRU list */
65. struct list_head i_sb_list;
66. union
67. {
68. struct hlist_head i_dentry;
69. struct rcu_head i_rcu;
70. };
71. u64 i_version;
72. atomic_t i_count;
73. atomic_t i_dio_count;
74. atomic_t i_writecount;
75. #ifdef CONFIG_IMA
76. atomic_t i_readcount;/* struct files open RO */
77. #endif
78. conststruct file_operations *i_fop;/* former ->i_op->default_file_ops */
79. struct file_lock_context *i_flctx;
80. struct address_space i_data;
81. struct list_head i_devices;
82. union
83. {
84. struct pipe_inode_info *i_pipe;
85. struct block_device *i_bdev;
86. struct cdev *i_cdev;
87. };
89. __u32 i_generation;
91. #ifdef CONFIG_FSNOTIFY
92. __u32 i_fsnotify_mask;/* all events this inode cares about */
93. struct hlist_head i_fsnotify_marks;
94. #endif
96. void*i_private;/* fs or device private pointer */
97. };

inode存在于两个双向链表中:
一个是inode所在文件系统的super_block的 s_inodes 链表中
一个是根据inode的使用状态存在于以下三个链表中的某个链表中:

• 未用的: inode_unused 链表
• 正在使用的: inode_in_use 链表
• 脏的: super block中的s_dirty 链表

另外,还有一个重要的链表: inode_hashtable(这个暂不介绍).

3、dentry

1. struct dentry
2. {
3. /* RCU lookup touched fields */
4. unsignedint d_flags;/* protected by d_lock */
5. seqcount_t d_seq;/* per dentry seqlock */
6. struct hlist_bl_node d_hash;/* lookup hash list */
7. struct dentry *d_parent;/* parent directory */
8. struct qstr d_name;
9. struct inode *d_inode;/* Where the name belongs to - NULL is
10. * negative */
11. unsignedchar d_iname[DNAME_INLINE_LEN];/* small names */
13. /* Ref lookup also touches following */
14. struct lockref d_lockref;/* per-dentry lock and refcount */
15. conststruct dentry_operations *d_op;
16. struct super_block *d_sb;/* The root of the dentry tree */
17. unsignedlong d_time;/* used by d_revalidate */
18. void*d_fsdata;/* fs-specific data */
20. struct list_head d_lru;/* LRU list */
21. struct list_head d_child;/* child of parent list */
22. struct list_head d_subdirs;/* our children */
23. /*
24. * d_alias and d_rcu can share memory
25. */
26. union
27. {
28. struct hlist_node d_alias;/* inode alias list */
29. struct rcu_head d_rcu;
30. } d_u;
31. };

dentry对象存在于三个双向链表中:

• 所有未用的目录项: dentry_unused 链表
• 正在使用的目录项: 对应inode的 i_dentry 链表
• 表示父子目录结构的链表

另外,还有一个重要的链表: inode_hashtable(这个暂不介绍).

来自为知笔记(Wiz)