004 虚拟文件系统VFS与进程相关的数据结构

上一篇介绍了虚拟文件系统VFS的基本数据结构，包括：文件系统类型file_system_type、超级块super_block、索引节点inode、目录项dentry和文件对象file。本篇文章着重看一下与进程相关的数据结构，包括files_struct和fs_struct，两者通过task_struct（进程）结构体粘结起来，通过fs_struct可以获取文件系统、挂载点、根dentry等信息，通过files_struct可以打开的文件对象，进而获取目录项、索引节点，最后和物理文件建立联系。

一、主要结构体说明

1.files_struct

进程打开的文件表，用来记录文件描述符的使用情况，文件描述符是用来描述打开的文件。

数据结构	包含字段	结构说明
files_struct	结构体使用计数atomic_t count 文件描述符表struct fdtable fdtab 1）文件描述符上限max_fds 2）打开的文件描述符open_fds 3）文件对象fd	ftable.h 1）进程通过task_struct中的files域来了解它当前所打开的文件对象； 2）文件对象通过域f_dentry找到它对应的目录项对象，再由目录项对象的d_inode域找到它对应的索引结点，这样就建立了文件对象与实际的物理文件的关联。

2.fs_struct

描述进程与文件系统之间的关系，通过此字段可以获取文件系统、挂载信息、根dentry、当前目录dentry信息等

数据结构	包含字段	结构说明
fs_sturct	自旋锁：spinlock_t lock 自旋锁计数器：seqcount_spinlock_t seq 默认权限：umask 目录项和挂载点信息： 1）根目录 2）当前目录 struct path {     struct vfsmount *mnt;     struct dentry *dentry; }	fs_struct.h 进程通过task_struct中的fs域(fs_struct结构)了解进程所在的文件系统、挂载信息、根dentry、当前目录dentry信息等

二、详细数据结构

// fdtable.h

/*
 * Open file table structure
 */
struct files_struct {
  /*
   * read mostly part
   */
	atomic_t count;
	bool resize_in_progress;
	wait_queue_head_t resize_wait;

	struct fdtable __rcu *fdt;
	struct fdtable fdtab;
  /*
   * written part on a separate cache line in SMP
   */
	spinlock_t file_lock ____cacheline_aligned_in_smp;
	unsigned int next_fd;
	unsigned long close_on_exec_init[1];
	unsigned long open_fds_init[1];
	unsigned long full_fds_bits_init[1];
	struct file __rcu * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
};

struct fdtable {
	unsigned int max_fds;
	struct file __rcu **fd;      /* current fd array */
	unsigned long *close_on_exec;
	unsigned long *open_fds;
	unsigned long *full_fds_bits;
	struct rcu_head rcu;
};

// fs_struct.h

struct fs_struct {
	int users;
	spinlock_t lock;
	seqcount_spinlock_t seq;
	int umask;
	int in_exec;
	struct path root, pwd;
} __randomize_layout;

struct path {
	struct vfsmount *mnt;
	struct dentry *dentry;
} __randomize_layout;

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参考资料：