VFS，super_block，inode，dentry—結構體圖解

總結：

VFS只存在於內存中，它在系統啟動時被創建，系統關閉時注銷。

VFS的作用就是屏蔽各類文件系統的差異，給用戶、應用程序、甚至Linux其他管理模塊提供統一的接口集合。

管理VFS數據結構的組成部分主要包括超級塊和inode。

 

VFS是物理文件系統與服務之間的一個接口層，它對Linux的每個文件系統的所有細節進行抽象，使得不同的文件系統在Linux核心以及系統中運行的進程看來都是相同的。

嚴格的說，VFS並不是一種實際的文件系統。它只存在於內存中，不存在於任何外存空間。VFS在系統啟動時建立，在系統關閉時消亡。

 

VFS使Linux同時安裝、支持許多不同類型的文件系統成為可能。VFS擁有關於各種特殊文件系統的公共界面，當某個進程發布了一個面向文件的系統調用時，內核將調用VFS中對應的函數，這個函數處理一些與物理結構無關的操作，並且把它重定向為真實文件系統中相應的函數調用，后者用來處理那些與物理結構相關的操作。

 

下圖就是邏輯上對VFS及其下層實際文件系統的組織圖，可以看到用戶層只能於VFS打交道，而不能直接訪問實際的文件系統，比如EXT2、EXT3、PROC，換句話說，

就是用戶層不用也不能區別對待這些真正的文件系統，不過，SOCKET雖然也屬於VFS的管轄范圍，但是有其特殊性，

就是不能像打開大部分文件系統下的“文件”一樣打開socket，它只能被創建，而且內核中對其有特殊性處理。

 

 

    VFS描述文件系統使用超級塊和inode 的方式，所謂超級塊就是對所有文件系統的管理機構，每種文件系統都要把自己的信息掛到super_blocks這么一個全局鏈表上。

內核中是分成2個步驟完成：首先每個文件系統必須通過register_filesystem函數將自己的file_system_type掛接到file_systems這個全局變量上，

然后調用kern_mount函數把自己的文件相關操作函數集合表掛到super_blocks上。每種文件系統類型的讀超級塊的例程（get_sb）必須由自己實現。

 

    文件系統由子目錄和文件構成。每個子目錄和文件只能由唯一的inode 描述。inode 是Linux管理文件系統的最基本單位，也是文件系統連接任何子目錄、文件的橋梁。

VFS inode的內容取自物理設備上的文件系統，由文件系統指定的操作函數(i_op 屬性指定)填寫。VFS inode只存在於內存中，可通過inode緩存訪問。

 

1、super_block

• 相關的數據結構為:

1. struct super_block
2. {
3. struct list_head s_list;/* Keep this first */// 連接super_block的鏈表
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;// 所表示的文件系統的類型
11. struct super_operations *s_op;// 文件相關操作函數集合表
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文件系統中某個索引節點(inode)的鏈接
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 */// 鏈接文件系統的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;// 對於每一個打開的文件,由file對象來表示。鏈接文件系統中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存在於兩個鏈表中,一個是系統所有super_block的鏈表, 一個是對於特定的文件系統的super_block鏈表.
  

      所有的super_block都存在於 super_blocks(VFS管理層) 鏈表中:

• 對於特定的文件系統(文件系統層的具體文件系統), 該文件系統的所有的super_block 都存在於file_sytem_type中的fs_supers鏈表中.
  

     而所有的文件系統,都存在於file_systems鏈表中.這是通過調用register_filesystem接口來注冊文件系統的.
     int register_filesystem(struct file_system_type * fs) 

 

 

2、inode

inode(發音：eye-node)譯成中文就是 索引節點 ，它用來存放檔案及目錄的基本信息，包含時間、檔名、使用者及群組等。

 

inode  是 UNIX 操作系統中的一種數據結構，其本質是 結構體 ，它包含了與文件系統中各個文件相關的一些重要信息。在 UNIX 中創建文件系統時，同時將會創建大量的 inode 。

通常，文件系統磁盤空間中大約百分之一空間分配給了 inode 表。

dentry的中文名稱是目錄項，是Linux文件系統中某個 索引節點 (inode)的鏈接。這個 索引節點 可以是文件的，也可以是目錄的。

 

inode對應於 物理磁盤 上的具體對象， dentry是一個內存實體，其中的d_inode成員指向對應的inode。

相關的數據結構為:

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存在於兩個雙向鏈表中:
一個是inode所在文件系統的super_block的 s_inodes 鏈表中
一個是根據inode的使用狀態存在於以下三個鏈表中的某個鏈表中:

• 未用的: inode_unused 鏈表
• 正在使用的: inode_in_use 鏈表
• 臟的: super block中的s_dirty 鏈表

另外,還有一個重要的鏈表: inode_hashtable(這個暫不介紹).

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對象存在於三個雙向鏈表中:

• 所有未用的目錄項: dentry_unused 鏈表
• 正在使用的目錄項: 對應inode的 i_dentry 鏈表
• 表示父子目錄結構的鏈表

另外,還有一個重要的鏈表: inode_hashtable(這個暫不介紹).

來自為知筆記(Wiz)