Linux设备文件三大结构:inode,file,file_operations

发布时间 2023-03-31 22:39:36作者: 流水灯

struct inode

Linux中一切皆文件,当我们在Linux中创建一个文件时,就会在相应的文件系统创建一个inode与之对应,文件实体和文件的inode是一一对应的,创建好一个inode会存在存储器中,第一次open就会将inode在内存中有一个备份,同一个文件被多次打开并不会产生多个inode,当所有被打开的文件都被close之后,inode在内存中的实例才会被释放。既然如此,当我们使用mknod(或其他方法)创建一个设备文件时,也会在文件系统中创建一个inode,这个inode和其他的inode一样,用来存储关于这个文件的静态信息(不变的信息),包括这个设备文件对应的设备号,文件的路径以及对应的驱动对象etc。inode作为VFS四大对象之一,在驱动开发中很少需要自己进行填充,更多的是在open()方法中进行查看并根据需要填充我们的file结构。
对于不同的文件类型,inode被填充的成员内容也会有所不同,以创建字符设备为例,我们知道,cdev_add其实是把一个字符驱动对象和一个(一组)设备号联系到一起。而创建设备文件,其实是把设备文件设备号联系到一起。至此,这三者就被绑定在一起了。这样,内核就有能力创建一个struct inode实例了。

struct inode {
    umode_t            i_mode;
    unsigned short        i_opflags;
    kuid_t            i_uid;
    kgid_t            i_gid;
    unsigned int        i_flags;

...
    union {
        const struct file_operations    *i_fop;    /* former ->i_op->default_file_ops */
        void (*free_inode)(struct inode *);
    };
    struct file_lock_context    *i_flctx;
    struct address_space    i_data;
    struct list_head    i_devices;
    union {
        struct pipe_inode_info    *i_pipe;
        struct cdev        *i_cdev;
        char            *i_link;
        unsigned        i_dir_seq;
    };

...

    void            *i_private; /* fs or device private pointer */
}

 

特殊文件类型的union:pipe、cdev、link、dir_seq,i_cdev表示这个inode属于一个字符设备文件,创建字符设备文件的时候会把与之相关的设备号的驱动对象cdev拿来填充

i_fop:创建设备文件的时候,i_fop 填充的是def_chr_fops、def_blk_fops、pipefifo_fops之一,参见创建过程中调用的init_special_inode()

void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev)
{
    inode->i_mode = mode;
    if (S_ISCHR(mode)) {
        inode->i_fop = &def_chr_fops;
        inode->i_rdev = rdev;
    } else if (S_ISBLK(mode)) {
        inode->i_fop = &def_blk_fops;
        inode->i_rdev = rdev;
    } else if (S_ISFIFO(mode))
        inode->i_fop = &pipefifo_fops;
    else if (S_ISSOCK(mode))
        ;    /* leave it no_open_fops */
    else
        printk(KERN_DEBUG "init_special_inode: bogus i_mode (%o) for"
                  " inode %s:%lu\n", mode, inode->i_sb->s_id,
                  inode->i_ino);
}

 

const struct file_operations def_chr_fops = {
    .open = chrdev_open,
    .llseek = noop_llseek,
};