[文件系统]文件系统学习笔记（四）---常用数据结构

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1,基本数据结构：
file_system_type
 每种文件系统对应一个文件系统类型结构，注册之后形成单链表，链表表头为file_systems(全局变量).
Superblock
 反应文件系统整体的控制信息，超级块以多种方式存在。（磁盘超级快、内存超级块、VFS超级块）
Inode
 反应了某个文件系统对象的一般元信息(metadata)。（磁盘inode、内存inode、VFS inode）
Dentry
 反应了某个文件系统对象在文件系统树中的位置。
mount
 反映了一个已装载文件系统实例。
 

2,文件系统的注册
 在register_filesystem()函数中来向内核注册文件系统，所有的文件系统都在一个单链表中，各个文件系统的名称存储为字符串，用于描述文件系统结构为file_system_type,内核中用一个名为file_systems 的全局变量来指向该链表的表头。

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1. struct file_system_type {  
2.  const char *name;  //保存了文件系统的名称，是一个字符串  
3.  int fs_flags;  
4.  struct super_block *(*get_sb) (struct file_system_type *, int,）//读超级块的方法，在文件系统装载时调用；在kern_mount函数中调用，用于取  
5.                  得本文件系统(分区)的super_block，并将之填充到struct vfsmount的mnt_sb成员中。  
6.  const char *, void *, struct vfsmount *);  
7.  void (*kill_sb) (struct super_block *);//删除超级块的方法  
8.  struct module *owner;  
9.  struct file_system_type * next;  
10.  struct list_head fs_supers;//相同类型文件系统的超级块对象双向链表头；每个文件系统都有一个超级块，但有些文件系统可能被安装在不同的设备上，而每个具体的设备都有一个超级块，这些形成一个链表  
11. };  

在一个系统上，比如smartphone平台，有很多分区，比如/data和/system分区都是ext4文件系统，但是系统中还是只有一个file_system_type的成员，不过每个分区对应的ext4文件系统对应不同的super_block，fs_supers就是将这些相同文件系统不同的super block链接起来形成双向循环链表,fs_supers是链表头，链表元素由super_block结构体的s_instance成员表示。系统中所有的super_block由super_block结构体的s_list链接成双向循环链表，表头是super_blocks变量表示。 

3，文件系统的装载和卸载
 使用mount命令可以查询目录树中各种文件系统的装载情况， 在将文件系统装载到一个目录时，装载点的内容被替换为即将装载的文件系统的相对根目录的内容，前一个目录数据消失，直到新文件系统卸载的时候才重新出现。

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1. struct vfsmount {  
2.  struct list_head mnt_hash;  
3.  struct vfsmount *mnt_parent; /* fs we are mounted on */  
4.  struct dentry *mnt_mountpoint; /* dentry of mountpoint */  
5.  struct dentry *mnt_root; /* root of the mounted tree */  
6.  struct super_block *mnt_sb; /* pointer to superblock */  
7.  struct list_head mnt_mounts; /* list of children, anchored here */  
8.  struct list_head mnt_child; /* and going through their mnt_child */  
9.  int mnt_flags;  
10.  char *mnt_devname; /* Name of device e.g. /dev/dsk/hda1 */  
11.  struct list_head mnt_list;  
12.  struct list_head mnt_expire; /* link in fs-specific expiry list */  
13.  struct list_head mnt_share; /* circular list of shared mounts */  
14.  struct list_head mnt_slave_list;/* list of slave mounts */  
15.  struct list_head mnt_slave; /* slave list entry */  
16.  struct vfsmount *mnt_master; /* slave is on master->mnt_slave_list */  
17.  struct mnt_namespace *mnt_ns; /* containing namespace */  
18.  atomic_t mnt_count;  
19.  int mnt_expiry_mark; /* true if marked for expiry */  
20. };  

vfsmount成员mnt_mountpoint表示的是装载点在父文件系统中的dentry,文件系统本身的相对根目录所对应的dentry保存在mnt_root中，两个dentry实例表示同一目录，这意味着在文件系统卸载后不必删除此前的装载点信息。

在新版本的linux内核中，使用了struct mount结构体代替了struct vfsmount结构体。
在装载新的文件系统时，vfsmount并不是唯一需要在内存中创建的结构，装载操作开始于超级块的读取，超级块是整个文件系统的元数据的容器。基于磁盘的文件系统，超级块（磁盘上的）是保存在磁盘设备上固定位置的一个或多个块，在装载该磁盘上的文件系统时，磁盘上的超级块被读入内存，并根据它构造内存中的超级块。

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1. struct super_block {  
2.  struct list_head s_list; /* 链表元素，表头super_blokcs,标示所有的超级块链表，指向链表相邻元素指针， 
3.  dev_t s_dev; /* 存储超级块信息的块设备 
4.  unsigned long s_blocksize;   
5.  unsigned char s_blocksize_bits;  //文件系统的块长度，以位的形式标示 
6.  unsigned char s_dirt;  //超级块是否写脏，需要回写到磁盘 
7.  unsigned long long s_maxbytes; /* 支持的文件的最大长度，默认是231-1 
8.  struct file_system_type *s_type; //指向file_system_type类型的指针 
9.  struct super_operations *s_op; 
10.  unsigned long s_flags; //s_flags 这个标志为设置为1或者0，用以表示整个设备上的文件是否允许使用强制锁。 
11.  unsigned long s_magic; 
12.  struct dentry *s_root; //指向文件系统根目录的dentry对象 
13.  struct xattr_handler **s_xattr; 
14.  struct list_head s_inodes; /* 文件系统的所有inode链表的表头 
15.  struct list_head s_dirty; /* 指向所有dirty的inode对象 */  
16.  struct list_head s_io; /* parked for writeback */  
17.  struct list_head s_more_io; /* parked for more writeback */  
18.  struct list_head s_files; //表头，所有打开的文件  
19.  struct block_device *s_bdev;  //对于磁盘文件系统，指向块设备描述符的指针，否则为空  
20.  struct list_head s_instances;  //链表元素，表头file_system_type->fs_supers,标示同一个文件系统的多次装载链表  
21.  char s_id[32]; /* 具体设备名，比如为/dev/block/mmcblkop1 */  
22.  void *s_fs_info; /* 指向具体文件系统的super block结构，比如fat32对应的结构体是msdos_sb_info结构体*/  
23.  u32 s_time_gran;  
24. };  

超级快可以管理系统中inode节点的原因是文件系统内所有的inode要链接到超级快的链表头。

所有超级快对象都以双向循环链表的形式连接在一起，链表第一个元素用super_blocks变量表示，sb_lock自旋锁保护链表免受多处理器系统上的同时访问。s_fs_info指向属于具体文件系统的超级快信息，例如具体文件系统是EXT2，则s_fs_info指向ext2_sb_info，s_dirty表示的修改脏标记，表示内存中的超级快信息是否和硬盘上超级快信息同步，
 对于每个转载的文件系统而言，都有且只有一个超级快实例

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1. struct inode {  
2.     struct hlist_node i_hash;  //用于散列链表指针  
3.     struct list_head i_list;   //描述索引节点当前状态链表指针  
4.     struct list_head i_sb_list;  //用于超级快的索引节点链表的指针  
5.     struct list_head i_dentry;  //引用索引节点的目录项对象链表的头  
6.     unsigned long i_ino;  //索引节点号  
7.     atomic_t i_count;  //引用计数器  
8.     unsigned int i_nlink;  //硬链接数目  
9.     uid_t i_uid;  //所有者标识符  
10.     gid_t i_gid;  //组标识符  
11.     dev_t i_rdev;  //实设备标识符  
12.     unsigned long i_version;  
13.     loff_t i_size;  //文件字节数目  
14.     struct timespec i_atime;  //上次访问时间  
15.     struct timespec i_mtime;  //上次写文件时间  
16.     struct timespec i_ctime; //上次修改索引节点时间  
17.     unsigned int i_blkbits; //块的位数  
18.     blkcnt_t i_blocks;  //文件的块数  
19.     umode_t i_mode; //文件类型与访问权限  
20.     struct inode_operations *i_op; //索引节点的操作  
21.     const struct file_operations *i_fop; //缺省文件操作  
22.     struct super_block *i_sb;  //指向超级快对象的指针  
23.     struct address_space *i_mapping; //指向address_space对象的指针  
24.     struct address_space i_data; //文件的address_space对象  
25.     struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS];  //索引节点的磁盘限额  
26.     struct list_head i_devices;  //用于具体的字符或者快设备的所以节点链表指针  
27.     union {  
28.     struct pipe_inode_info *i_pipe;  
29.     struct block_device *i_bdev;  
30.     struct cdev *i_cdev;  
31.     };  
32.     int i_cindex;  //拥有一组次设备号的设备文件的索引  
33.     __u32 i_generation;  
34.     unsigned long i_state;  //索引节点状态标识  
35.     unsigned long dirtied_when; /* jiffies of first dirtying */  
36.     unsigned int i_flags;  //文件系统安装标志,比如为MS_MANDLOCK可以有选择的对一个文件是否使用强制锁。  
37.     atomic_t i_writecount;  //用于写进程的引用计数  
38.     void *i_security;  //指向索引节点安全结构指针  
39. };  

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