linux文件系统相关概念

struct task_struct {

.........................

struct mm_struct*mm;//内存描述符的指针

struct files_struct *file;    //进程打开文件表

pid_t pid;

..............................

};

struct files_struct {
        atomic_t count;                               //引用计数
        spinlock_t file_lock;     /* Protects all the below members.  Nests inside tsk->alloc_lock */
 struct fdtable *fdt;                          //管理文件描述符
 struct fdtable fdtab;                         //管理文件描述符
        fd_set close_on_exec_init;                    //位图
        fd_set open_fds_init;                         //位图
        struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];      //文件描述符数组
};

注意文件表项中有一个引用计数，来表示，多几个文件描述符，指向这个文件表项。。不同的文件描述符可以指向相同的文件表项

/文件描述符数组/

文件描述符数组对应的struct file指针，数组的元素，是指向file的指针

apue中的对应图片是

其中文件表项是struct file类型对象

struct file {
    ……
     struct list_head        f_list;        /*文件对象链表*/
    struct dentry          *f_dentry;       /*相关目录项对象*/
    struct vfsmount        *f_vfsmnt;       /*相关的安装文件系统*/
    struct file_operations *f_op;           /*文件操作表*/
    ……
};

struct file_operations {
    ……
    //文件读操作
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ……
    //文件写操作
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
    ……
    int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
    ……
    //文件打开操作
    int (*open) (struct inode *, struct file *);
    ……
};

每个file结构体都有一个指向dentry结构体的指针，“dentry”是directory entry（目录项）的缩写。

file对象中包含一个指针，指向dentry对象。dentry对象代表一个独立的文件路径，如果一个文件路径被打开多次，那么会建立多个file对象，但它们都指向同一个dentry对象。

struct dentry {
　　atomic_t d_count; 目录项对象使用计数器
　　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
　　};

struct inode {
unsigned long                     i_ino;
atomic_t                               i_count;
umode_t                               i_mode;
unsigned int                        i_nlink;
uid_t                                      i_uid;
gid_t                                      i_gid;
dev_t                                     i_rdev;
loff_t                                      i_size;
struct timespec                   i_atime;
unsigned long                     i_blocks;
unsigned short                    i_bytes;
unsigned char                      _sock;
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struct inode_operations *i_op;
struct file_operations *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */
struct super_block *i_sb;
......
};

在内存中, 每个文件都有一个dentry(目录项)和inode(索引节点)结构，dentry记录着文件名，上级目录等信息，正是它形成了我们所看到的树状结构；而有关该文件（该文件可以是磁盘上面的目录文件）的组织和管理的信息主要存放inode里面，它记录着文件在存储介质上的位置与分布。同时dentry->d_inode指向相应的inode结构。dentry与inode是多对一的关系，因为有可能一个文件有好几个文件名(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。)

VFS文件系统中的inode和dentry与实际文件系统的inode和dentry有一定的关系，但不能等同。真实磁盘文件的inode和dentry是存在于物理外存上的，但VFS中的inode和dentry是存在于内存中的，系统读取外存中的inode和dentry信息进行一定加工后，生成内存中的inode和dentry。虚拟的文件系统也具有inode和dentry结构，只是这是系统根据相应的规则生成的，不存在于实际外存中。

我们谈到目录项和索引节点时，有两种含义。一种是在存储介质(硬盘)中的(如ext3_inode)，一种是在内存中的，后者是根据在前者生成的。内存中的表示就是dentry和inode，它是VFS中的一层，不管什么样的文件系统，最后在内存中描述它的都是dentry和inode结构。

VFS dentry结构：

每个文件都有一个dentry（可能不止一个），这个dentry链接到上级目录的dentry。根目录有一个dentry结构，而根目录里的文件和目录都链接到这个根dentry，二级目录里的文件和目录，同样通过dentry链接到二级目录。这样一层层链接，就形成了一颗dentry树。从树顶可以遍历整个文件系统的所有目录和文件。

为了加快对dentry的查找，内核使用了hash表来缓存dentry，称为dentry cache。dentry cache在后面的分析中经常用到，因为dentry的查找一般都先在dentry cache里进行查找。

磁盘上面的概念：

目录项:包括文件名和inode节点号（磁盘上面的概念）（用于指向磁盘数据块）inode是指向一个文件数据区的指针号码，一个inode对应着系统中唯一的一片物理数据区，而位于两个不同物理数据区的文件必定分别对应着两个不同的inode号码，这里是磁盘的dentry

Inode：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。

数据块：文件的具体内容存放地。

inode指向的是数据块（数据块包括：普通文件块和目录文件块）

硬连接和软连接：在磁盘层面上升到内存层面，linux操作系统的vfs层面。

一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。但是，Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。这意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是，删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。

即VFS中的多个dentry，对应同一个VFD中的inode。就是硬连接

软连接：

文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。这种文件的数据部分仅包含它所要链接文件的路径名

软链接有自己的inode，并在磁盘上有一小片空间存放路径名。因此，软链接能够跨文件系统，也可以和目录链接！其二，软链接可以对一个不存在的文件名进行链接，但直到这个名字对应的文件被创建后，才能打开其链接。

超级块和dentry关系：

inode有一个指针指向超级块，超级块主要是描述文件类型（ext3还是别的类型），同时超级块有一个指针，指向dentry缓存中的dentry。表明此此文件系统是挂载在什么目录下面