Linux内核之最核心数据结构之二：struct inode(三十一)

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1.前言

本篇目的：Linux内核之最核心数据结构之二：struct inode

2.struct inode数据结构介绍

• Linux内核中的struct inode结构体是文件系统中的一个核心概念，代表了文件系统中的一个文件或目录的元数据。它存储了关于文件或目录的静态信息，这些信息不随时间变化，也不随文件的读写操作而改变。
• struct inode结构体包含了多种信息，例如文件的大小、文件权限、文件所有者、最后访问时间、最后修改时间等。此外，它还包含了指向文件数据所在的磁盘块的指针，以及控制文件读写操作的指针。
• struct inode结构体的主要作用如下：
• 1. 存储文件元数据：struct inode结构体存储了文件的元数据，这些信息可以通过stat、fstat、lstat等系统调用获取。这些元数据包括文件大小、文件权限、文件类型、文件链接数等。
• 2. 管理文件访问权限：struct inode结构体中的文件权限字段可以控制文件的读、写、执行权限。这些权限可以分配给文件的所有者、所在组以及其他用户。
• 3. 记录文件状态：struct inode结构体中的状态位可以表示文件的各种状态，例如是否被删除、是否是目录、是否具有特殊权限等。
• 4. 指向文件数据：struct inode结构体中的i_block数组包含了指向文件数据所在的磁盘块的指针。这些磁盘块存储了文件的 actual data。i_size字段表示文件数据所占用的磁盘空间大小。
• 5. 优化文件访问：通过struct inode结构体，文件系统可以优化文件的读写操作。例如，可以通过预读和缓存机制来提高文件访问速度。
• 6. 支持文件系统操作：struct inode结构体提供了文件系统操作的接口，例如创建文件、删除文件、修改文件权限等。这些操作可以通过vfs（虚拟文件系统）层来调用。
• 7. 实现目录操作：struct inode结构体还可以表示目录。在这种情况下，它存储了目录中所有文件和子目录的struct inode指针，以便快速访问目录中的条目。
• 总之，struct inode结构体在Linux内核中扮演着非常重要的角色，它是文件系统的基础之一。通过存储文件元数据、管理文件访问权限、记录文件状态、指向文件数据、优化文件访问、支持文件系统操作和实现目录操作等功能，struct inode结构体为Linux文件系统提供了强大的功能和高效的性能。

3.代码实例

<1>.struct inode结构体

struct inode {umode_t			i_mode;unsigned short		i_opflags;kuid_t			i_uid;kgid_t			i_gid;unsigned int		i_flags;#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACLstruct posix_acl	*i_acl;struct posix_acl	*i_default_acl;
#endifconst struct inode_operations	*i_op;struct super_block	*i_sb;struct address_space	*i_mapping;#ifdef CONFIG_SECURITYvoid			*i_security;
#endif/* Stat data, not accessed from path walking */unsigned long		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 {const unsigned int i_nlink;unsigned int __i_nlink;};dev_t			i_rdev;loff_t			i_size;struct timespec64	i_atime;struct timespec64	i_mtime;struct timespec64	i_ctime;spinlock_t		i_lock;	/* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */unsigned short          i_bytes;u8			i_blkbits;u8			i_write_hint;blkcnt_t		i_blocks;#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDEREDseqcount_t		i_size_seqcount;
#endif/* Misc */unsigned long		i_state;struct rw_semaphore	i_rwsem;unsigned long		dirtied_when;	/* jiffies of first dirtying */unsigned long		dirtied_time_when;struct hlist_node	i_hash;struct list_head	i_io_list;	/* backing dev IO list */
#ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACKstruct bdi_writeback	*i_wb;		/* the associated cgroup wb *//* foreign inode detection, see wbc_detach_inode() */int			i_wb_frn_winner;u16			i_wb_frn_avg_time;u16			i_wb_frn_history;
#endifstruct list_head	i_lru;		/* inode LRU list */struct list_head	i_sb_list;struct list_head	i_wb_list;	/* backing dev writeback list */union {struct hlist_head	i_dentry;struct rcu_head		i_rcu;};atomic64_t		i_version;atomic64_t		i_sequence; /* see futex */atomic_t		i_count;atomic_t		i_dio_count;atomic_t		i_writecount;
#ifdef CONFIG_IMAatomic_t		i_readcount; /* struct files open RO */
#endifconst struct 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;char			*i_link;unsigned		i_dir_seq;};__u32			i_generation;#ifdef CONFIG_FSNOTIFY__u32			i_fsnotify_mask; /* all events this inode cares about */struct fsnotify_mark_connector __rcu	*i_fsnotify_marks;
#endif#ifdef CONFIG_FS_ENCRYPTIONstruct fscrypt_info	*i_crypt_info;
#endif#ifdef CONFIG_FS_VERITYstruct fsverity_info	*i_verity_info;
#endifvoid			*i_private; /* fs or device private pointer */ANDROID_KABI_RESERVE(1);ANDROID_KABI_RESERVE(2);
} __randomize_layout;

<2>.struct inode结构体每个字段注释

1.i_mode：
用于表示文件的权限和类型，包括文件类型（例如普通文件、目录、符号链接等）和访问权限（读、写、执行）等。2.i_opflags：
表示索引节点的操作标志。3.i_uid / i_gid：
分别表示文件拥有者的用户 ID 和组 ID。4.i_flags：
用于存储索引节点的标志位，表示各种状态和属性。5.i_acl / i_default_acl：
当启用 POSIX ACL 支持时，用于存储索引节点的 ACL（访问控制列表）信息。6.i_op：
指向索引节点操作函数表，包含了对索引节点进行各种操作的函数指针。7.i_sb：
指向索引节点所属的超级块。8.i_mapping：
指向与索引节点关联的地址空间对象，表示索引节点的数据存储方式。9.i_security：
与索引节点相关的安全信息。10.i_ino：
索引节点号，用于唯一标识文件系统中的每个文件或目录。11.i_nlink：
文件的硬链接数。12.i_rdev：
如果索引节点代表设备文件，则表示设备的主设备号和次设备号。13.i_size：
文件大小，以字节为单位。14.i_atime / i_mtime / i_ctime：
分别表示文件的访问时间、修改时间和状态改变时间。15.i_lock：
自旋锁，用于保护索引节点的访问和操作。16.i_bytes：
文件大小，以字节为单位。17.i_blkbits：
文件系统块大小的对数。18.i_write_hint：
用于存储对文件的写入操作的提示，用于优化写入操作。19.i_blocks：
文件占用的块数。20.i_state：
表示索引节点的状态。21.i_rwsem：
读写信号量，用于保护对索引节点的并发访问。22.dirtied_when / dirtied_time_when：
记录索引节点被修改的时间。23.i_hash：
用于哈希索引节点的散列表。24.i_io_list：
用于链接到与索引节点相关的 IO 列表。25.i_lru：
用于链接到索引节点的 LRU（最近最少使用）列表。26.i_sb_list / i_wb_list：
分别用于链接到超级块和写回设备的列表。27.i_dentry：
用于哈希索引节点的目录项列表。28.i_version / i_sequence：
用于并发访问的版本号和序列号。29.i_count / i_dio_count / i_writecount / i_readcount：
分别表示索引节点的引用计数、直接 IO 计数、写入计数和读取计数。30.i_fop：
指向文件操作函数表，包含了对文件进行各种操作的函数指针。31.i_flctx：
用于记录索引节点上的文件锁的上下文。32.i_data：
用于表示索引节点的数据地址空间。33.i_devices：
用于链接到索引节点关联的设备列表。34.i_pipe / i_bdev / i_cdev / i_link / i_dir_seq：
分别表示索引节点关联的管道、块设备、字符设备、符号链接、目录序列号等。35.i_generation：
用于表示索引节点的代数。36.i_fsnotify_mask / i_fsnotify_marks：
用于文件系统通知的掩码和标记。37.i_crypt_info / i_verity_info：
分别用于加密信息和完整性验证信息。38.i_private：
用于存储文件系统或设备的私有指针。39.ANDROID_KABI_RESERVE：
用于保留 Android 内核 ABI 兼容性。

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