浅谈文件系统中的核心数据结构

// struct super_block 省略和一些字段，比较核心的字段描述了下
struct super_block {
	// 把suoer_block链接到s_list链表 
	struct list_head	s_list;		
	// s_blocksize的位数
	unsigned char		s_blocksize_bits;
	// 文件系统中块大小
	unsigned long		s_blocksize;
	// 支持最大文件大小
	loff_t			s_maxbytes;	
	// 文件系统类型
	struct file_system_type	*s_type;
	// super_block的操作函数
	const struct super_operations	*s_op;
	// dentry函数操作定义
	const struct dentry_operations *s_d_op;
	// dentry的指针，指向根节点的root
	struct dentry		*s_root;
	// 挂载该文件系统的挂载点组成的链表
	struct list_head	s_mounts;	
	
	// 同一种文件系统组成的链表
	struct hlist_node	s_instances;


	// 实际文件系统的私有数据
	void			*s_fs_info;	

} __randomize_layout;

// 每个文件系统在实话时候都会先注册这个文件系统，fs_system_type就是用来描述这个文件系统的
struct file_system_type {
	// 文件系统名称，比如ext4、xfs
	const char *name;
	// 实际文件提供的mount函数用来初始化super_block
	struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
		       const char *, void *);
	// 释放文件系统的哈数
	void (*kill_sb) (struct super_block *);
	// 内核模块描述
	struct module *owner;
	
	// file_system_type链表
	struct file_system_type * next;
	
	// 同一种文件系统super_block组成的链表
	struct hlist_head fs_supers;
};

// 比如ext4的file_system_type的类型
static struct file_system_type ext4_fs_type = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.name		= "ext4",
	.mount		= ext4_mount,
	.kill_sb	= kill_block_super,
	.fs_flags	= FS_REQUIRES_DEV,
};

// 文件系统中inode描述，其中说明了核心字段的函数
struct inode {
	// 文件类型
	umode_t			i_mode;
	
	// uid/gid是描述文件的属主
	kuid_t			i_uid;
	kgid_t			i_gid;


	// inode的操作函数，这个是由具体文件系统决定
	const struct inode_operations	*i_op;
	// inode属于的超级快
	struct super_block	*i_sb;
	// page cache涉及到缓存管理
	struct address_space	*i_mapping;
	
	// inode的编号，单个文件系统内这个是唯一的
	unsigned long		i_ino;
	// inode所指向的文件大小
	loff_t			i_size;
	// 文件的acess/mofidy/change时间
	struct timespec64	i_atime;
	struct timespec64	i_mtime;
	struct timespec64	i_ctime;
	
	// inode链接到哈希链表中
	struct hlist_node	i_hash;
	// inode链接到super_block上
	struct list_head	i_sb_list;
	union {
		// 进程打开文件时候的操作函数，这个是与文件类的系统调用对接

		const struct file_operations	*i_fop;	
		void (*free_inode)(struct inode *);
	};

	// inode的私有数据，一般存储实际文件系统的私有数据
	void			*i_private; /* fs or device private pointer */
} __randomize_layout;

// 文件系统的目录树是采用组织dentry来呈现
struct dentry {

	// 指向父目录的dentry
	struct dentry *d_parent;
	
	// 保存了文件名字和哈希值
	struct qstr d_name;
	
	// 该目录项指向的inode
	struct inode *d_inode;
	
	// 当目录项名称比较短的时候保存在这里
	unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN];	/* small names */

	// 定义dentry的操作函数，每个文件系统都针对d_op进行初始化
	const struct dentry_operations *d_op;
	
	// dentry私有数据
	void *d_fsdata;			/* fs-specific data */

	union {
		struct list_head d_lru;		/* LRU list */
		wait_queue_head_t *d_wait;	/* in-lookup ones only */
	};
	// 当前dentry所有父目录项的链表
	struct list_head d_child;	/* child of parent list */
	
	//当前目录项下所有子目录项的链表
	struct list_head d_subdirs;	/* our children */

} __randomize_layout;

// 每当进程打开一个文件都会实例化一个struct file,这里面包含了标准的posix语义的操作
struct file {
	// 文件路径
	struct path		f_path;
	// 文件指向的inode
	struct inode		*f_inode;
	// 定义struct file的操作函数
	const struct file_operations	*f_op;
	// 文件的引用计数器
	atomic_long_t		f_count;
	// 文件打开的flags
	unsigned int 		f_flags;
	// 文件的mode
	fmode_t			f_mode;
	// 文件的当前位置
	loff_t			f_pos;

	// struct file的私有数据
	void			*private_data;

	// 文件的page cache相关的address_space
	struct address_space	*f_mapping;

} __randomize_layout