inode file 结构

inode位图(inode Bitmap)

和块位图类似,本身占一个块,其中每个bit表示一个inode是否空闲可用。

inode表(inode Table)

我们知道,一个文件除了数据需要存储之外,一些描述信息也需要存储,例如文件类型(常规、目录、符号链接等),权限,文件大小,创建/修改/访问时间等,也就是ls -l命令看到的那些信息,这些信息存在inode中而不是数据块中。每个文件都有一个inode,一个块组中的所有inode组成了inode表。

inode表占多少个块在格式化时就要决定并写入块组描述符中,mke2fs格式化工具的默认策略是一个块组有多少个8KB就分配多少个inode。由于数据块占了整个块组的绝大部分,也可以近似认为数据块有多少个8KB就分配多少个inode,换句话说,如果平均每个文件的大小是8KB,当分区存满的时候inode表会得到比较充分的利用,数据块也不浪费。如果这个分区存的都是很大的文件(比如电影),则数据块用完的时候inode会有一些浪费,如果这个分区存的都是很小的文件(比如源代码),则有可能数据块还没用完inode就已经用完了,数据块可能有很大的浪费。如果用户在格式化时能够对这个分区以后要存储的文件大小做一个预测,也可以用mke2fs-i参数手动指定每多少个字节分配一个inode。

数据块

根据不同的文件类型有以下几种情况

  • 对于常规文件,文件的数据存储在数据块中。
  • 对于目录,该目录下的所有文件名和目录名存储在数据块中,注意文件名保存在它所在目录的数据块中,除文件名之外,ls -l命令看到的其它信息都保存在该文件的inode中。注意这个概念:目录也是一种文件,是一种特殊类型的文件。
  • 对于符号链接,如果目标路径名较短则直接保存在inode中以便更快地查找,如果目标路径名较长则分配一个数据块来保存。
  • 设备文件、FIFO和socket等特殊文件没有数据块,设备文件的主设备号和次设备号保存在inode中。
内核数据结构

Linux内核的VFS子系统可以图示如下:

图 29.8. VFS

第 28 章 文件与I/O中讲过,每个进程在PCB(Process Control Block)中都保存着一份文件描述符表,文件描述符就是这个表的索引,每个表项都有一个指向已打开文件的指针,现在我们明确一下:已打开的文件在内核中用file结构体表示,文件描述符表中的指针指向file结构体。

file结构体中维护File Status Flag(file结构体的成员f_flags)和当前读写位置(file结构体的成员f_pos)。在上图中,进程1和进程2都打开同一文件,但是对应不同的file结构体,因此可以有不同的File Status Flag和读写位置。file结构体中比较重要的成员还有f_count,表示引用计数(Reference Count),后面我们会讲到,dupfork等系统调用会导致多个文件描述符指向同一个file结构体,例如有fd1fd2都引用同一个file结构体,那么它的引用计数就是2,当close(fd1)时并不会释放file结构体,而只是把引用计数减到1,如果再close(fd2),引用计数就会减到0同时释放file结构体,这才真的关闭了文件。

每个file结构体都指向一个file_operations结构体,这个结构体的成员都是函数指针,指向实现各种文件操作的内核函数。比如在用户程序中read一个文件描述符,read通过系统调用进入内核,然后找到这个文件描述符所指向的file结构体,找到file结构体所指向的file_operations结构体,调用它的read成员所指向的内核函数以完成用户请求。在用户程序中调用lseekreadwriteioctlopen等函数,最终都由内核调用file_operations的各成员所指向的内核函数完成用户请求。file_operations结构体中的release成员用于完成用户程序的close请求,之所以叫release而不叫close是因为它不一定真的关闭文件,而是减少引用计数,只有引用计数减到0才关闭文件。对于同一个文件系统上打开的常规文件来说,readwrite等文件操作的步骤和方法应该是一样的,调用的函数应该是相同的,所以图中的三个打开文件的file结构体指向同一个file_operations结构体。如果打开一个字符设备文件,那么它的readwrite操作肯定和常规文件不一样,不是读写磁盘的数据块而是读写硬件设备,所以file结构体应该指向不同的file_operations结构体,其中的各种文件操作函数由该设备的驱动程序实现。

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。我们传给openstat等函数的参数的是一个路径,例如/home/akaedu/a,需要根据路径找到文件的inode。为了减少读盘次数,内核缓存了目录的树状结构,称为dentry cache,其中每个节点是一个dentry结构体,只要沿着路径各部分的dentry搜索即可,从根目录/找到home目录,然后找到akaedu目录,然后找到文件a。dentry cache只保存最近访问过的目录项,如果要找的目录项在cache中没有,就要从磁盘读到内存中。

每个dentry结构体都有一个指针指向inode结构体。inode结构体保存着从磁盘inode读上来的信息。在上图的例子中,有两个dentry,分别表示/home/akaedu/a/home/akaedu/b,它们都指向同一个inode,说明这两个文件互为硬链接。inode结构体中保存着从磁盘分区的inode读上来信息,例如所有者、文件大小、文件类型和权限位等。每个inode结构体都有一个指向inode_operations结构体的指针,后者也是一组函数指针指向一些完成文件目录操作的内核函数。和file_operations不同,inode_operations所指向的不是针对某一个文件进行操作的函数,而是影响文件和目录布局的函数,例如添加删除文件和目录、跟踪符号链接等等,属于同一文件系统的各inode结构体可以指向同一个inode_operations结构体。

inode结构体有一个指向super_block结构体的指针。super_block结构体保存着从磁盘分区的超级块读上来的信息,例如文件系统类型、块大小等。super_block结构体的s_root成员是一个指向dentry的指针,表示这个文件系统的根目录被mount到哪里,在上图的例子中这个分区被mount/home目录下。

filedentryinodesuper_block这几个结构体组成了VFS的核心概念。对于ext2文件系统来说,在磁盘存储布局上也有inode和超级块的概念,所以很容易和VFS中的概念建立对应关系。而另外一些文件系统格式来自非UNIX系统(例如Windows的FAT32、NTFS),可能没有inode或超级块这样的概念,但为了能mount到Linux系统,也只好在驱动程序中硬凑一下,在Linux下看FAT32和NTFS分区会发现权限位是错的,所有文件都是rwxrwxrwx,因为它们本来就没有inode和权限位的概念,这是硬凑出来的。

参考: Linux C编程一站式学习

 

时间: 2024-10-30 03:51:04

inode file 结构的相关文章

FILE 结构体的定义,inode ,软链接和硬链接的理解

一.FILE结构体: C将每个文件简单地作为顺序字节流.每个文件用文件结束符结束,或者在特定字节数的地方结束,这个特定的字节数可以存储在系统维护的管理数据结构中.当打开文件时,就建立了和文件的关系. 在开始执行程序的时候,将自动打开3个文件和相关的流:标准输入流.标准输出流和标准错误.流提供了文件和程序的通信通道.例如,标准输入流使得程序可以从键盘读取数据,而标准输出流使得程序可以在屏幕上输出数据.打开一个文件将返回指向FILE结构(在stdio.h中定义)的指针,它包含用于处理文件的信息,也就

Linux--struct file结构体

struct file(file结构体): 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.其有两个非常重要的字段:文件描述符和缓冲区.  文件描述符fd: fd只是一个

file结构体中private_data指针的疑惑【转】

本文转载自:http://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/3328984.html hi all and barry, 最近在学习字符设备驱动,不太明白private_data在字符驱动中的作用,我们在 驱动中添加一个设备结构体,然后定义了这个结构体的全局指针变量,接着我们就能在 驱动程序中使用这个指针了.我看到很多驱动程序中都把结构体指针付给private_data, 然后对private_data操作. 为什么要使用private_data,难道仅仅是避免使

FILE结构体

FILE结构体用于文件操作,定义在C语言的stdio.h头文件中 我们通常所写的FILE *fp; 定义了一个指向该结构体的指针,通过fopen()返回一个指向要打开(或写入.创建)文件的指针 结构体中的成员_file实际上是一个描述符,用于进入打开文件表索引的指针 下图是我在VS2013中截的图 #ifndef _FILE_DEFINEDstruct _iobuf { char *_ptr;      //文件输入的下一个位置 int _cnt;        //当前缓冲区的相对位置 cha

Linux struct file 结构

struct file结构体定义在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11内核)中,其原型是:struct file {        /*         * fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via         * fu_rcuhead for RCU freeing         */        union {                struct l

file 结构体

FILE结构体 VC6.0中: #ifndef _FILE_DEFINED struct _iobuf { char *_ptr; //文件输入的下一个位置 int _cnt; //当前缓冲区的相对位置 char *_base; //指基础位置(即是文件的其始位置) int _flag; //文件标志 int _file; //文件的有效性验证             这个文件记录可以在FCB表中找到 int _charbuf; //检查缓冲区状况,如果无缓冲区则不读取 int _bufsiz;

FILE 结构体及缓冲区

FILE:为C语言中包含在stdio.h中的对文件进行操作的一个结构体,该结构体包含有文件名.文件状态和文件当前位置等信息. 不同的编译器stdio头文件对FILE的定义略有差异,标准C中如下定义: struct _iobuf {     char *_ptr; //下一个要被读取的字符的地址     int   _cnt; //剩余的字符,如果是输入缓冲区,那么就表示缓冲区中还有多少字符未被读取     char *_base;//缓冲区基地址     int   _flag;//读写状态标志

Linux_Struct file()结构体

struct file结构体定义在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11内核)中,其原型是:struct file {        /*         * fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via         * fu_rcuhead for RCU freeing         */        union {                struct l

Intel HEX file结构

https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_HEX 1, Intel Hex每行的组成 开始标志+Byte数+地址+数据类型+数据+Checksum 2, 开始标志 冒号:,ASCII码 0x3A 3, Byte数量 1 Byte,实际有效数据的个数,即数据段的字节数.从1开始计数. 4, 地址 2 Bytes,指示接下来的数据段数据存储的偏移地址. 为什么是偏移地址呢?因为该地址段长度只有2 Bytes,假如存储区大小超过64KB,如果采用绝对地址,将有部分空间无法