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1.前言
本篇目的：Linux内核之最核心数据结构之二：struct inode
2.struct inode数据结构介绍
- Linux内核中的
struct inode结构体是文件系统中的一个核心概念，代表了文件系统中的一个文件或目录的元数据。它存储了关于文件或目录的静态信息，这些信息不随时间变化，也不随文件的读写操作而改变。 struct inode结构体包含了多种信息，例如文件的大小、文件权限、文件所有者、最后访问时间、最后修改时间等。此外，它还包含了指向文件数据所在的磁盘块的指针，以及控制文件读写操作的指针。struct inode结构体的主要作用如下：-
- 存储文件元数据：
struct inode结构体存储了文件的元数据，这些信息可以通过stat、fstat、lstat等系统调用获取。这些元数据包括文件大小、文件权限、文件类型、文件链接数等。
- 存储文件元数据：
-
- 管理文件访问权限：
struct inode结构体中的文件权限字段可以控制文件的读、写、执行权限。这些权限可以分配给文件的所有者、所在组以及其他用户。
- 管理文件访问权限：
-
- 记录文件状态：
struct inode结构体中的状态位可以表示文件的各种状态，例如是否被删除、是否是目录、是否具有特殊权限等。
- 记录文件状态：
-
- 指向文件数据：
struct inode结构体中的i_block数组包含了指向文件数据所在的磁盘块的指针。这些磁盘块存储了文件的 actual data。i_size字段表示文件数据所占用的磁盘空间大小。
- 指向文件数据：
-
- 优化文件访问：通过
struct inode结构体，文件系统可以优化文件的读写操作。例如，可以通过预读和缓存机制来提高文件访问速度。
- 优化文件访问：通过
-
- 支持文件系统操作：
struct inode结构体提供了文件系统操作的接口，例如创建文件、删除文件、修改文件权限等。这些操作可以通过vfs（虚拟文件系统）层来调用。
- 支持文件系统操作：
-
- 实现目录操作：
struct inode结构体还可以表示目录。在这种情况下，它存储了目录中所有文件和子目录的struct inode指针，以便快速访问目录中的条目。
- 实现目录操作：
- 总之，
struct inode结构体在Linux内核中扮演着非常重要的角色，它是文件系统的基础之一。通过存储文件元数据、管理文件访问权限、记录文件状态、指向文件数据、优化文件访问、支持文件系统操作和实现目录操作等功能，struct inode结构体为Linux文件系统提供了强大的功能和高效的性能。
3.代码实例
<1>.struct inode结构体
struct inode {
umode_t i_mode;
unsigned short i_opflags;
kuid_t i_uid;
kgid_t i_gid;
unsigned int i_flags;
#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACL
struct posix_acl *i_acl;
struct posix_acl *i_default_acl;
#endif
const struct inode_operations *i_op;
struct super_block *i_sb;
struct address_space *i_mapping;
#ifdef CONFIG_SECURITY
void *i_security;
#endif
/* Stat data, not accessed from path walking */
unsigned long i_ino;
/*
* Filesystems may only read i_nlink directly. They shall use the
* following functions for modification:
*
* (set|clear|inc|drop)_nlink
* inode_(inc|dec)_link_count
*/
union {
const unsigned int i_nlink;
unsigned int __i_nlink;
};
dev_t i_rdev;
loff_t i_size;
struct timespec64 i_atime;
struct timespec64 i_mtime;
struct timespec64 i_ctime;
spinlock_t i_lock; /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */
unsigned short i_bytes;
u8 i_blkbits;
u8 i_write_hint;
blkcnt_t i_blocks;
#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED
seqcount_t i_size_seqcount;
#endif
/* Misc */
unsigned long i_state;
struct rw_semaphore i_rwsem;
unsigned long dirtied_when; /* jiffies of first dirtying */
unsigned long dirtied_time_when;
struct hlist_node i_hash;
struct list_head i_io_list; /* backing dev IO list */
#ifdef CONFIG_CGROUP_WRITEBACK
struct bdi_writeback *i_wb; /* the associated cgroup wb */
/* foreign inode detection, see wbc_detach_inode() */
int i_wb_frn_winner;
u16 i_wb_frn_avg_time;
u16 i_wb_frn_history;
#endif
struct list_head i_lru; /* inode LRU list */
struct list_head i_sb_list;
struct list_head i_wb_list; /* backing dev writeback list */
union {
struct hlist_head i_dentry;
struct rcu_head i_rcu;
};
atomic64_t i_version;
atomic64_t i_sequence; /* see futex */
atomic_t i_count;
atomic_t i_dio_count;
atomic_t i_writecount;
#ifdef CONFIG_IMA
atomic_t i_readcount; /* struct files open RO */
#endif
const struct file_operations *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */
struct file_lock_context *i_flctx;
struct address_space i_data;
struct list_head i_devices;
union {
struct pipe_inode_info *i_pipe;
struct block_device *i_bdev;
struct cdev *i_cdev;
char *i_link;
unsigned i_dir_seq;
};
__u32 i_generation;
#ifdef CONFIG_FSNOTIFY
__u32 i_fsnotify_mask; /* all events this inode cares about */
struct fsnotify_mark_connector __rcu *i_fsnotify_marks;
#endif
#ifdef CONFIG_FS_ENCRYPTION
struct fscrypt_info *i_crypt_info;
#endif
#ifdef CONFIG_FS_VERITY
struct fsverity_info *i_verity_info;
#endif
void *i_private; /* fs or device private pointer */
ANDROID_KABI_RESERVE(1);
ANDROID_KABI_RESERVE(2);
} __randomize_layout;
<2>.struct inode结构体每个字段注释
1.i_mode：
用于表示文件的权限和类型，包括文件类型（例如普通文件、目录、符号链接等）和访问权限（读、写、执行）等。
2.i_opflags：
表示索引节点的操作标志。
3.i_uid / i_gid：
分别表示文件拥有者的用户 ID 和组 ID。
4.i_flags：
用于存储索引节点的标志位，表示各种状态和属性。
5.i_acl / i_default_acl：
当启用 POSIX ACL 支持时，用于存储索引节点的 ACL（访问控制列表）信息。
6.i_op：
指向索引节点操作函数表，包含了对索引节点进行各种操作的函数指针。
7.i_sb：
指向索引节点所属的超级块。
8.i_mapping：
指向与索引节点关联的地址空间对象，表示索引节点的数据存储方式。
9.i_security：
与索引节点相关的安全信息。
10.i_ino：
索引节点号，用于唯一标识文件系统中的每个文件或目录。
11.i_nlink：
文件的硬链接数。
12.i_rdev：
如果索引节点代表设备文件，则表示设备的主设备号和次设备号。
13.i_size：
文件大小，以字节为单位。
14.i_atime / i_mtime / i_ctime：
分别表示文件的访问时间、修改时间和状态改变时间。
15.i_lock：
自旋锁，用于保护索引节点的访问和操作。
16.i_bytes：
文件大小，以字节为单位。
17.i_blkbits：
文件系统块大小的对数。
18.i_write_hint：
用于存储对文件的写入操作的提示，用于优化写入操作。
19.i_blocks：
文件占用的块数。
20.i_state：
表示索引节点的状态。
21.i_rwsem：
读写信号量，用于保护对索引节点的并发访问。
22.dirtied_when / dirtied_time_when：
记录索引节点被修改的时间。
23.i_hash：
用于哈希索引节点的散列表。
24.i_io_list：
用于链接到与索引节点相关的 IO 列表。
25.i_lru：
用于链接到索引节点的 LRU（最近最少使用）列表。
26.i_sb_list / i_wb_list：
分别用于链接到超级块和写回设备的列表。
27.i_dentry：
用于哈希索引节点的目录项列表。
28.i_version / i_sequence：
用于并发访问的版本号和序列号。
29.i_count / i_dio_count / i_writecount / i_readcount：
分别表示索引节点的引用计数、直接 IO 计数、写入计数和读取计数。
30.i_fop：
指向文件操作函数表，包含了对文件进行各种操作的函数指针。
31.i_flctx：
用于记录索引节点上的文件锁的上下文。
32.i_data：
用于表示索引节点的数据地址空间。
33.i_devices：
用于链接到索引节点关联的设备列表。
34.i_pipe / i_bdev / i_cdev / i_link / i_dir_seq：
分别表示索引节点关联的管道、块设备、字符设备、符号链接、目录序列号等。
35.i_generation：
用于表示索引节点的代数。
36.i_fsnotify_mask / i_fsnotify_marks：
用于文件系统通知的掩码和标记。
37.i_crypt_info / i_verity_info：
分别用于加密信息和完整性验证信息。
38.i_private：
用于存储文件系统或设备的私有指针。
39.ANDROID_KABI_RESERVE：
用于保留 Android 内核 ABI 兼容性。
