VFS四大对象之四-struct file

继上一篇文章：

http://yehe.isd.com/column/support-plan/article-edit/93709

四、file结构体

文件对象：注意文件对象描述的是进程已经打开的文件。因为一个文件可以被多个进程打开，所以一个文件可以存在多个文件对象。但是由于文件是唯一的，那么inode就是唯一的，目录项也是定的！

进程其实是通过文件描述符来操作文件的，注意每个文件都有一个32位的数字来表示下一个读写的字节位置，这个数字叫做文件位置。

565 struct file {
566         struct list_head        f_list;
567         struct dentry           *f_dentry;
568         struct vfsmount         *f_vfsmnt;
569         struct file_operations  *f_op;
570         atomic_t                f_count;
571         unsigned int            f_flags;
572         mode_t                  f_mode;
573         loff_t                  f_pos;
574         unsigned long           f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin;
575         struct fown_struct      f_owner;
576         unsigned int            f_uid, f_gid;
577         int                     f_error;
578 
579         size_t                  f_maxcount;
580         unsigned long           f_version;
581 
582         /* needed for tty driver, and maybe others */
583         void                    *private_data;
584 
585         /* preallocated helper kiobuf to speedup O_DIRECT */
586         struct kiobuf           *f_iobuf;
587         long                    f_iobuf_lock;
588 };

f_list：所有的打开的文件形成的链表！注意一个文件系统所有的打开的文件都通过这个链接到super_block中的s_files链表中！

f_dentry：与该文件相关的dentry

f_vfsmnt：该文件在这个文件系统中的安装点

f_op：文件操作，当进程打开文件的时候，这个文件的关联inode中的i_fop文件操作会初始化这个f_op字段

f_count：引用计数

f_flags：打开文件时候指定的标识

f_mode：文件的访问模式

f_pos：目前文件的相对开头的偏移

unsigned long f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin：预读标志、要预读的最多页面数、上次预读后的文件指针、预读的字节数以及预读的页面数

f_owner：记录一个进程ID，以及当某些事发送的时候发送给该ID进程的信号

f_uid：用户ID

f_gid：组ID

f_error：写操作错误码

f_version：版本号，当f_pos改变时候，version递增

private_data：私有数据( 文件系统和驱动程序使用 )

重点解释一些重要字段：

首先，f_flags、f_mode和f_pos代表的是这个进程当前操作这个文件的控制信息。这个非常重要，因为对于一个文件，可以被多个进程同时打开，那么对于每个进程来说，操作这个文件是异步的，所以这个三个字段就很重要了。

第二：对于引用计数f_count，当我们关闭一个进程的某一个文件描述符时候，其实并不是真正的关闭文件，仅仅是将f_count减一，当f_count=0时候，才会真的去关闭它。对于dup，fork这些操作来说，都会使得f_count增加，具体的细节，以后再说。

第三：f_op也是很重要的！是涉及到所有的文件的操作结构体。例如：用户使用read，最终都会调用file_operations中的读操作，而file_operations结构体是对于不同的文件系统不一定相同。里面一个重要的操作函数式release函数，当用户执行close时候，其实在内核中是执行release函数，这个函数仅仅将f_count减一，这也就解释了上面说的，用户close一个文件其实是将f_count减一。只有引用计数减到0才关闭文件。

注意：对于“正在使用”和“未使用”的文件对象分别使用一个双向链表进行管理。

注意上面的file只是对一个文件而言，对于一个进程(用户)来说，可以同时处理多个文件，所以需要另一个结构来管理所有的files！

即：用户打开文件表--->files_struct

172 struct files_struct {
173         atomic_t count;
174         rwlock_t file_lock;     /* Protects all the below members.  Nests inside tsk->alloc_lock */
175         int max_fds;
176         int max_fdset;
177         int next_fd;
178         struct file ** fd;      /* current fd array */
179         fd_set *close_on_exec;
180         fd_set *open_fds;
181         fd_set close_on_exec_init;
182         fd_set open_fds_init;
183         struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
184 };

 解释一些字段：

count：引用计数

file_lock：锁，保护下面的字段

max_fds：当前文件对象的最大的数量

max_fdset：文件描述符最大数

next_fd：已分配的最大的文件描述符+1

fd：指向文件对象指针数组的指针，一般就是指向最后一个字段fd_arrray，当文件数超过NR_OPEN_DEFAULT时候，就会重新分配一个数组，然后指向这个新的数组指针！

close_on_exec：执行exec()时候需要关闭的文件描述符

open_fds：指向打开的文件描述符的指针

close_on_exec_init：执行exec()时候需要关闭的文件描述符初始化值

open_fds_init：文件描述符初值集合

fd_array：文件对象指针的初始化数组

注意上面的file和files_struct记录的是与进程相关的文件的信息，但是对于进程本身来说，自身的一些信息用什么表示，这里就涉及到fs_struct结构体。

  5 struct fs_struct {
  6         atomic_t count;
  7         rwlock_t lock;
  8         int umask;
  9         struct dentry * root, * pwd, * altroot;
 10         struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt;
 11 };

 解释一些字段：

count：引用计数

lock：保护锁

umask：打开文件时候默认的文件访问权限

root：进程的根目录

pwd：进程当前的执行目录

altroot：用户设置的替换根目录

注意：实际运行时，这三个目录不一定都在同一个文件系统中。例如，进程的根目录通常是安装于“/”节点上的ext文件系统，而当前工作目录可能是安装于/etc的一个文件系统，替换根目录也可以不同文件系统中。

rootmnt，pwdmnt，altrootmnt：对应于上面三个的安装点。