linux 文件描述符表 打开文件表 inode vnode

 

在Linux中,进程是通过文件描述符(file descriptors,简称fd)而不是文件名来访问文件的,文件描述符实际上是一个整数。Linux中规定每个进程能最多能同时使用NR_OPEN个文件描述符,这个值在fs.h中定义,为1024*1024(2.0版中仅定义为256)。

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。每次打开一个文件,除非明确要求,否则文件位置都被置为0,即文件的开始处,此后的读或写操作都将从文件的开始处执行,但你可以通过执行系统调用LSEEK(随机存储)对这个文件位置进行修改。Linux中专门用了一个数据结构file来保存打开文件的文件位置,这个结构称为打开的文件描述(open file description)。这个数据结构的设置是煞费苦心的,因为它与进程的联系非常紧密,可以说这是VFS中一个比较难于理解的数据结构。


 

file结构中主要保存了文件位置,此外,还把指向该文件索引节点的指针也放在其中。file结构形成一个双链表,称为系统打开文件表,其最大长度是NR_FILE,在fs.h中定义为8192。

file结构在include\linux\fs.h中定义如下:

[cpp] view plaincopy
 
  1. struct file   
  2.   
  3. {  
  4.   
  5.  struct list_head        f_list;    /*所有打开的文件形成一个链表*/  
  6.   
  7.  struct dentry           *f_dentry; /*指向相关目录项的指针*/  
  8.   
  9.  struct vfsmount         *f_vfsmnt; /*指向VFS安装点的指针*/  
  10.   
  11.  struct file_operations  *f_op;     /*指向文件操作表的指针*/  
  12.   
  13.  mode_t f_mode;                                  /*文件的打开模式*/  
  14.   
  15.  loff_t f_pos;                                   /*文件的当前位置*/  
  16.   
  17.  unsigned short f_flags;                         /*打开文件时所指定的标志*/  
  18.   
  19.  unsigned short f_count;                           /*使用该结构的进程数*/  
  20.   
  21.  unsigned long f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin;  
  22.   
  23.  /*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*/  
  24.   
  25.  int f_owner;                  /* 通过信号进行异步I/O数据的传送*/  
  26.   
  27.  unsigned int         f_uid, f_gid;  /*用户的UID和GID*/  
  28.   
  29.  int                 f_error;       /*网络写操作的错误码*/  
  30.   
  31.    
  32.   
  33.  unsigned long f_version;           /*版本号*/  
  34.   
  35.  void *private_data;                      /* tty驱动程序所需 */  
  36.   
  37. };  


 

 

内核中,对应于每个进程都有一个文件描述符表,表示这个进程打开的所有文件。文件描述表中每一项都是一个指针,指向一个用于描述打开的文件的数据块———file对象,file对象中描述了文件的打开模式,读写位置等重要信息,当进程打开一个文件时,内核就会创建一个新的file对象。需要注意的是,file对象不是专属于某个进程的,不同进程的文件描述符表中的指针可以指向相同的file对象,从而共享这个打开的文件。file对象有引用计数,记录了引用这个对象的文件描述符个数,只有当引用计数为0时,内核才销毁file对象,因此某个进程关闭文件,不影响与之共享同一个file对象的进程.

file对象中包含一个指针,指向dentry对象。dentry对象代表一个独立的文件路径,如果一个文件路径被打开多次,那么会建立多个file对象,但它们都指向同一个dentry对象。
 
dentry对象中又包含一个指向inode对象的指针。inode对象代表一个独立文件。因为存在硬链接与符号链接,因此不同的dentry对象可以指向相同的inode对象.inode 对象包含了最终对文件进行操作所需的所有信息,如文件系统类型、文件的操作方法、文件的权限、访问日期等。
 
打开文件后,进程得到的文件描述符实质上就是文件描述符表的下标,内核根据这个下标值去访问相应的文件对象,从而实现对文件的操作。


注意,同一个进程多次打开同一个文件时,内核会创建多个file对象。
当进程使用fork系统调用创建一个子进程后,子进程将继承父进程的文件描述符表,因此在父进程中打开的文件可以在子进程中用同一个描述符访问。
 
 
 
链接:
 
http://oss.org.cn/kernel-book/ch08/8.2.4.htm
http://blog.chinaunix.net/uid-25940216-id-3118066.html
http://canbeatle.iteye.com/blog/891319
http://blog.21ic.com/user1/4132/archives/2010/75445.html

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