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:

struct super_block

{

struct list_head         s_list;/* Keep this first*/// 连接super_block的链表

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

unsignedlong            s_blocksize;

unsignedlong            s_old_blocksize;

unsignedchar            s_blocksize_bits;

unsignedchar            s_dirt;

unsignedlonglong       s_maxbytes;/* Max file size*/

struct file_system_type  *s_type;// 所表示的文件系统的类型

struct super_operations  *s_op;// 文件相关操作函数集合表

struct dquot_operations  *dq_op;//

struct quotactl_ops *s_qcop;//

struct export_operations *s_export_op;//

unsignedlong            s_flags;//

unsignedlong            s_magic;//

struct dentry       *s_root;// Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接

struct rw_semaphore      s_umount;//

struct semaphore         s_lock;//

int                      s_count;//

int                      s_syncing;//

int                      s_need_sync_fs;//

atomic_t                 s_active;//

void*s_security;//

struct xattr_handler**s_xattr;//

struct list_head         s_inodes;/* all inodes*/// 链接文件系统的inode

struct list_head         s_dirty;/* dirty inodes*/

struct list_head         s_io;/* parked for writeback*/

struct hlist_head        s_anon;/* anonymous dentries for (nfs) exporting*/

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

struct block_device *s_bdev;//

struct list_head         s_instances;//

struct quota_info        s_dquot;/* Diskquota specific options*/

int                      s_frozen;//

wait_queue_head_t        s_wait_unfrozen;//

char                     s_id[32];/* Informational name*/

void*s_fs_info;/* Filesystem private info*/

/**

* The next field is for VFS *only*. No filesystems have any business

* even looking at it. You had been warned.

*/

struct semaphore s_vfs_rename_sem;/* Kludge*/

/* Granuality of c/m/atime in ns.

Cannot be worse than a second*/

u32                   s_time_gran;

};

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:

/*

* Keep mostly read-only and often accessed (especially for

* the RCU path lookup and 'stat' data) fields at the beginning

* of the 'struct inode'

*/

struct inode

{

umode_t			i_mode;

unsignedshort		i_opflags;

kuid_t			i_uid;

kgid_t			i_gid;

unsignedint		i_flags;

#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACL

struct posix_acl	*i_acl;

struct posix_acl	*i_default_acl;

#endif

conststruct 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*/

unsignedlong		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

{

constunsignedint i_nlink;

unsignedint __i_nlink;

};

dev_t			i_rdev;

loff_t			i_size;

struct timespec		i_atime;

struct timespec		i_mtime;

struct timespec		i_ctime;

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

unsignedshort          i_bytes;

unsignedint		i_blkbits;

blkcnt_t		i_blocks;

#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED

seqcount_t		i_size_seqcount;

#endif

/* Misc*/

unsignedlong		i_state;

struct mutex		i_mutex;

unsignedlong		dirtied_when;/* jiffies of first dirtying*/

unsignedlong		dirtied_time_when;

struct hlist_node	i_hash;

struct list_head	i_wb_list;/* backing dev IO list*/

struct list_head	i_lru;/* inode LRU list*/

struct list_head	i_sb_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

conststruct 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;

struct cdev		*i_cdev;

};

__u32			i_generation;

#ifdef CONFIG_FSNOTIFY

    __u32			i_fsnotify_mask;/* all events this inode cares about*/

struct hlist_head	i_fsnotify_marks;

#endif

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

};

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

struct dentry

{

/* RCU lookup touched fields*/

unsignedint 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;/* Where the name belongs to - NULL is

					 * negative*/

unsignedchar d_iname[DNAME_INLINE_LEN];/* small names*/

/* Ref lookup also touches following*/

struct lockref d_lockref;/* per-dentry lock and refcount*/

conststruct dentry_operations *d_op;

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

unsignedlong d_time;/* used by d_revalidate*/

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

struct list_head d_lru;/* LRU list*/

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

struct list_head d_subdirs;/* our children*/

/*

* d_alias and d_rcu can share memory

*/

union

{

struct hlist_node d_alias;/* inode alias list*/

struct rcu_head d_rcu;

} d_u;

};

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)