Linux内核之文件系统访问：目录项、inode、物理磁盘访问关系(五十五)

本文主要是介绍Linux内核之文件系统访问：目录项、inode、物理磁盘访问关系(五十五)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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🌻1.前言

本篇目的：Linux内核之目录项/inode/物理磁盘访问关系

🌻2.Linux文件系统中，目录项（dentry）、inode和物理磁盘之间的关系介绍

• 在Linux文件系统中，目录项（dentry）、inode和物理磁盘之间的关系是理解和文件访问流程的关键。

🐓2.1 目录项（dentry）

目录项是文件系统中的一个概念，它代表了文件系统树中的一个节点。每个目录项都有一个名称和与之关联的inode。目录项的主要作用是提供一个快速查找表，使得内核可以快速地将文件名映射到对应的inode。

🐓2.1 inode

• inode是文件系统中的一个数据结构，它包含了文件的元数据，如文件大小、创建时间、最后修改时间、权限等。每个inode都有一个唯一的inode号，它是文件系统用来标识文件的唯一标识符。inode还包含了指向文件数据块的指针，这些数据块存储在物理磁盘上。

🐓2.1 物理磁盘

• 物理磁盘是文件系统中实际存储数据的设备。文件的数据和inode都存储在磁盘上。inode通常存储在磁盘的一个或多个专用区域，而文件数据则存储在数据块中。

🌻3.问题一：当访问一个test.txt文件时，他们的调用流程发生了什么？

🐓3.1 当访问一个名为 test.txt 的文件时，涉及到以下步骤和调用流程：

• 1.路径名解析： 首先，内核会根据路径名 test.txt 进行路径名解析，将其转换为目录项（dentry）。这个过程涉及到对路径名的拆分，并在文件系统中进行查找，直到找到文件的目录项。
• 2.目录项查找： 内核根据路径名解析得到的目录项，查找对应的索引节点（inode）。这一步通常涉及文件系统的缓存机制，如果目录项已经被缓存，则可以直接从缓存中获取索引节点指针。
• 3. 索引节点访问： 一旦找到了文件的索引节点，内核就可以根据索引节点中的信息，访问文件的元数据信息，如文件类型、文件大小、拥有者等。这些信息可以用于权限检查和其他操作。
• 4.文件数据读取： 最后，如果是对文件进行读取操作，内核会根据索引节点中的指针信息，从物理磁盘上读取文件的实际数据，并将数据传输到用户空间。
• 5.整个调用流程涉及了路径名解析、目录项查找、索引节点访问和文件数据读取等步骤，这些步骤是文件系统提供文件访问功能的基础。

🌻4.问题二：详细阐述linux文件系统从应用层到内核层访问test.txt的过程？

• 从应用层到内核层访问 test.txt 文件的过程：

🐓4.1 应用层：

• 1. 打开文件： 应用程序调用 open 系统调用来打开 test.txt 文件。该调用会触发用户空间库函数（如 glibc）中的 open 函数，该函数将文件名转换为系统调用的参数，并将控制权交给内核。
• 2. 系统调用： 用户空间的 open 函数通过系统调用界面将请求传递给内核。内核收到系统调用请求后，开始执行相应的系统调用处理程序。

🐓4.2 内核层：

• 3. 路径名解析： 内核首先对文件名 test.txt 进行路径名解析，将其拆分成路径名的各个组件，并逐级查找每个组件对应的目录项（dentry）。
• 4. 目录项查找： 内核根据路径名解析得到的各个目录项，沿着路径从根目录开始向下查找，直到找到 test.txt 文件对应的目录项。
• 5. 索引节点访问： 一旦找到了 test.txt 文件的目录项，内核会获取其关联的索引节点（inode）。索引节点包含了文件的元数据信息，如文件类型、大小、权限等。
• 6. 权限检查： 内核会检查应用程序是否具有访问 test.txt 文件的权限。这涉及到对文件的访问权限和用户身份的验证。
• 7. 文件描述符分配： 如果权限检查通过，内核会为该打开文件分配一个文件描述符，并创建相应的文件表项（file）。文件描述符是应用程序用来识别已打开文件的唯一标识符。
• 8. 文件操作分发： 根据系统调用中指定的操作类型（如读取、写入、关闭等），内核将文件操作分发给相应的文件操作函数（如 read、write、close）。
• 9. 文件数据访问： 对于读取操作，内核会根据文件的索引节点信息，在物理磁盘上找到文件的实际数据，并将数据复制到内核空间的缓冲区中。然后，内核将数据传输到用户空间，以供应用程序使用。
• 10. 文件关闭： 当应用程序不再需要访问文件时，它会调用 close 系统调用来关闭文件描述符。内核会释放相应的资源，并关闭文件。

🐓4.3 返回应用层：

• 11. 系统调用返回： 内核执行完文件操作后，将结果返回给用户空间的系统调用处理程序。如果操作成功，系统调用返回相应的成功代码；否则，返回错误码。
• 12. 应用程序接收结果： 用户空间的库函数（如 glibc）接收到系统调用的返回结果，并将其传递给应用程序。应用程序根据返回结果决定后续的操作。

• 这是从应用层到内核层访问 test.txt 文件的详细过程。整个过程涉及了路径名解析、权限检查、文件描述符分配、文件操作分发和文件数据访问等多个步骤，以实现对文件的访问和操作。

🌻5.问题三：Binder文件系统中，打开"/dev/binder"设备文件到访问物理磁盘的过程？

• 在 Binder 文件系统中访问 “/dev/binder” 设备文件时，访问顺序通常是从目录项到inode，再到超级块，最后到物理磁盘。下面详细描述了每个步骤的访问过程：

🐓5.1 目录项如何找到inode：

• 操作系统首先会从根目录开始，逐级查找目录，直到找到 “/dev” 目录。
• 在 “/dev” 目录中，系统会查找名为 “binder” 的目录项。一旦找到目标目录项，系统会从中获取到与之关联的inode号码。

🐓5.2 inode如何找到超级块：

• 一旦找到 “/dev/binder” 目录项中关联的inode号码，操作系统会使用该inode号码来访问文件系统中对应的inode数据结构。
• 通过该inode数据结构，操作系统可以获取到文件系统的标识信息，如文件系统类型和挂载信息。通常，inode 数据结构中会包含指向文件系统超级块的指针。

🐓5.3 超级块如何找到物理磁盘访问的：

• 通过 inode 中指向的文件系统超级块，操作系统可以获取文件系统的相关信息，包括文件系统的逻辑结构和元数据信息。
• 超级块中可能包含有关文件系统布局和数据块索引的信息，这些信息指示了文件系统中数据块的存储位置。
• 操作系统根据超级块中的信息，通过文件系统的存储管理机制来访问物理磁盘，读取文件系统的数据块和inode数据。
• 这样的访问顺序确保了文件系统的正常操作和数据的正确访问，从目录项到inode，再到超级块，最后到物理磁盘。

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