struct inode 和 struct file

1、struct
inode──字符设备驱动相关的重要结构介绍

内核中用inode结构表示具体的文件，而用file结构表示打开的文件描述符。Linux2.6.27内核中，inode结构体具体定义如下：

struct inode {

struct hlist_node
i_hash;

struct list_head
i_list;

struct list_head
i_sb_list;

struct list_head
i_dentry;

unsigned long

i_ino;

atomic_t

i_count;

unsigned int

i_nlink;

uid_t

i_uid;

gid_t

i_gid;

dev_t

i_rdev;
//该成员表示设备文件的inode结构，它包含了真正的设备编号。

u64

i_version;

loff_t

i_size;

#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED

seqcount_t

i_size_seqcount;

#endif

struct timespec

i_atime;

struct timespec

i_mtime;

struct timespec

i_ctime;

unsigned int

i_blkbits;

blkcnt_t

i_blocks;

unsigned
short
i_bytes;

umode_t

i_mode;

spinlock_t

i_lock;

struct mutex

i_mutex;

struct rw_semaphore
i_alloc_sem;

const struct inode_operations
*i_op;

const struct file_operations
*i_fop;

struct super_block
*i_sb;

struct file_lock
*i_flock;

struct address_space
*i_mapping;

struct address_space
i_data;

#ifdef CONFIG_QUOTA

struct dquot

*i_dquot[MAXQUOTAS];

#endif

struct list_head
i_devices;

union {

struct pipe_inode_info
*i_pipe;

struct block_device
*i_bdev;

struct
cdev

*i_cdev; //该成员表示字符设备的内核的
内部结构。当inode指向一个字符设备文件时，该成员包含了指向struct
cdev结构的指针，其中cdev结构是字符设备结构体。

};

int

i_cindex;

__u32

i_generation;

#ifdef CONFIG_DNOTIFY

unsigned long

i_dnotify_mask;

struct dnotify_struct
*i_dnotify;

#endif

#ifdef CONFIG_INOTIFY

struct list_head
inotify_watches;

struct mutex

inotify_mutex;

#endif

unsigned long

i_state;

unsigned long

dirtied_when;

unsigned int

i_flags;

atomic_t

i_writecount;

#ifdef CONFIG_SECURITY

void

*i_security;

#endif

void

*i_private;

};

2、struct file ──字符设备驱动相关重要结构

文件结构 代表一个打开的文件描述符，它不是专门给驱动程序使用的，系统中每一个打开的文件在内核中都有一个关联的struct
file。它由内核在open时创建，并传递给在文件上操作的任何函数，知道最后关闭。当文件的所有实例都关闭之后，内核释放这个数据结构。

struct
file {

union {

struct list_head
fu_list;

struct rcu_head
fu_rcuhead;

} f_u;

struct path

f_path;

#define f_dentry
f_path.dentry
//该成员是对应的 目录结构 。

#define f_vfsmnt
f_path.mnt

const
struct file_operations
*f_op; //该操作
是定义文件关联的操作的。内核在执行open时对这个 指针赋值。

atomic_long_t

f_count;

unsigned
int

f_flags; //该成员是文件标志。

mode_t

f_mode;

loff_t

f_pos;

struct fown_struct
f_owner;

unsigned int

f_uid, f_gid;

struct file_ra_state
f_ra;

u64

f_version;

#ifdef CONFIG_SECURITY

void

*f_security;

#endif

void

*private_data;//该成员是系统调用时保存状态信息非常有用的资源。

#ifdef CONFIG_EPOLL

struct list_head
f_ep_links;

spinlock_t

f_ep_lock;

#endif

struct address_space
*f_mapping;

#ifdef CONFIG_DEBUG_WRITECOUNT

unsigned long f_mnt_write_state;

#endif

};

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file结构体和inode结构体

（1）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

void *private_data;

#ifdef CONFIG_EPOLL

struct list_head f_ep_links;

spinlock_t f_ep_lock;

#endif

struct address_space *f_mapping;

};

（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;

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

};

（3）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;

};

inode 译成中文就是索引节点。每个存储设备或存储设备的分区（存储设备是硬盘、软盘、U盘 ... ...
）被格式化为文件系统后，应该有两部份，一部份是inode，另一部份是Block，Block是用来存储数据用的。而inode呢，就是用来存储这些数
据的信息，这些信息包括文件大小、属主、归属的用户组、读写权限等。inode为每个文件进行信息索引，所以就有了inode的数值。操作系统根据指令，
能通过inode值最快的找到相对应的文件。

做个比喻，比如一本书，存储设备或分区就相当于这本书，Block相当于书中的每一页，inode
就相当于这本书前面的目录，一本书有很多的内容，如果想查找某部份的内容，我们可以先查目录，通过目录能最快的找到我们想要看的内容。

当我们用ls 查看某个目录或文件时，如果加上-i 参数，就可以看到inode节点了；比如ls -li lsfile.sh
，最前面的数值就是inode信息。