linux系统编程基础（三）文件描述符file descriptor与inode的相关知识

每个file 结构体都有一个指向dentry结构体的指针,“dentry”是directory entry(目录项)的缩写。 我们传给open 、stat 等函数的参数的是一个路径,如/home/akaedu/a ,需要根据路径找到文件 的inode。为了减少读盘次数,内核缓存了目录的树状结构,称为dentry cache,其中每个节点是一 个dentry结构体,只要沿着路径各部分的dentry搜索即可,从根目录/找到home 目录,然后找 到akaedu目录,然后找到文件a。dentry cache只保存最近访问过的目录项,如果要找的目录项 在cache中没有,就要从磁盘读到内存中。

每个dentry结构体都有一个指针指向inode 结构体。inode 结构体保存着从磁盘inode读上来的信 息。在上图的例子中,有两个dentry,分别表示/home/akaedu/a 和/home/akaedu/b ,它们都指向同 一个inode,说明这两个文件互为硬链接。inode 结构体中保存着从磁盘分区的inode读上来信息, 例如所有者、文件大小、文件类型和权限位等。每个inode 结构体都有一个指向inode_operations结 构体的指针,后者也是一组函数指针指向一些完成文件目录操作的内核函数。

和file_operations 不同,inode_operations所指向的不是针对某一个文件进行操作的函数,而是影 响文件和目录布局的函数,例如添加删除文件和目录、跟踪符号链接等等,属于同一文件系统的 各inode 结构体可以指向同一个inode_operations结构体。 inode 结构体有一个指向super_block结构体的指针。super_block结构体保存着从磁盘分区的超级块 读上来的信息,例如文件系统类型、块大小等。super_block结构体的s_root成员是一个指 向dentry的指针,表示这个文件系统的根目录被mount 到哪里,在上图的例子中这个分区 被mount 到/home 目录下。

file 、dentry、inode 、super_block这几个结构体组成了VFS的核心概念。对于ext2文件系统来 说,在磁盘存储布局上也有inode和超级块的概念,所以很容易和VFS中的概念建立对应关系。而 另外一些文件系统格式来自非UNIX系统(例如Windows的FAT32、NTFS),可能没有inode或超 级块这样的概念,但为了能mount 到Linux系统,也只好在驱动程序中硬凑一下,在Linux下 看FAT32和NTFS分区会发现权限位是错的,所有文件都是rwxrwxrwx ,因为它们本来就没 有inode和权限位的概念,这是硬凑出来的。

在UNIX系统中,用户通过终端登录系统后得到一个Shell进程,这个终端成为Shell进程的控制终端 (Controlling Terminal),控制终端是保存在PCB中的信息,而我们知 道fork 会复制PCB中的信息,因此由Shell进程启动的其它进程的控制终端也是这个终端。

默认情况 下(没有重定向),每个进程的标准输入(stdin)、标准输出(stdout)和标准错误输出(stdout)都指向控制终端,因为在程序启动时(在main 函数还 没开始执行之前)会自动把控制终端打开三次,分别赋给三个FILE *指 针stdin 、stdout和stderr,这三个文件指针是libc 中定义的全局变量,这三个文件的描述符分别是0、1、2,保存在相应的FILE 结构体中。进程从标准输入读也就是读用户的键盘输入,进程往标准输出或标准错误输出写也就是输出到显示器上

头文件unistd.h 中有如下的宏定义来表示这三个文件描述符:

#define STDIN_FILENO 0

#define STDOUT_FILENO 1

#define STDERR_FILENO 2

（编辑：徐州站长网）

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