linux内核有关文件系统的数据结构
linux_中inode的编码格式
linux 中inode的编码格式Linux 中inode的编码格式在Linux操作系统中，inode（索引节点）是用于存储文件元数据的重要数据结构。
每个文件和目录在磁盘上都有一个唯一对应的inode，并且通过这个inode 可以定位和访问相应的文件或目录。
那么，在Linux中，inode是如何进行编码格式呢下面将逐步介绍：1. 文件系统首先需要了解的是，Linux支持多种不同类型的文件系统，如Ext2、Ext3、Ext4等。
每种类型的文件系统可能采用不同版本或扩展来实现自己独特的inode编码格式。
例如，Ext2使用32位整数作为inode号码，并且以二进制形式直接表示该号码；而Ext4则使用128位无符号整数作为inode号码，并通过十六进制字符串进行表示。
2. inode 数据结构无论采用何种类型和版本的文件系统，所有与inode 相关联信息均被保存在一个固定大小区域内。
这个区域包含了很多字段, 比如：- 文件大小：记录了该文件所占据空间大小；- 创建时间和修改时间：记录了该文件最后被创建或者修改时候真实发生时间；- 用户id 和组id：因为Linux 支持多用户模式, 所以需要针对各用户提供权限；- 挂载点: 记录了文件所在的位置;- 硬链接数量: 表示有多少个硬连接指向此inode；等针对inode 信息是一个岗位比较大的课题，这里不再展开。
3. 文件名与inode号码当我们创建一个新文件或目录时，系统会为其分配唯一的inode号码，并将该inode号码与相应的文件名进行映射，以便可以通过文件名来访问到具体的inode。
此映射关系一般保存在文件系统中的某个特定区域（如Ext2中称为目录项）。
4. 查找和访问通过前面步骤建立起来的(inode, 文件名) 映射以后, 在进行查找和访问时只需要首先定位到与名称相关联目录遍历(readir) , 到dirdata / aim_name_field.然后读取其中存储索引节点（即inode编号）。
linux 结构体
linux 结构体Linux 结构体Linux 是一种开放源代码的操作系统，其内部实现了许多结构体来组织和管理各种资源。
本文将介绍几个常见的Linux 结构体，并解释其作用和用途。
1. task_struct 结构体task_struct 结构体是 Linux 内核中用来表示进程的数据结构。
每个正在运行或等待运行的进程都有一个对应的task_struct 结构体。
这个结构体中包含了进程的各种属性和状态信息，如进程的ID、父进程的ID、进程状态、虚拟内存信息等。
通过task_struct 结构体，内核可以管理和调度进程，实现多任务处理。
2. file 结构体file 结构体用于表示Linux 内核中的打开文件。
每个打开的文件都有一个对应的file 结构体，用于记录文件的状态和属性。
在内核中，文件被表示为一个文件描述符，而file 结构体中存储了与文件相关的信息，如文件指针、文件操作函数指针、访问权限等。
通过file 结构体，内核可以对文件进行读写操作，并管理文件的打开和关闭。
3. inode 结构体inode 结构体用于表示Linux 文件系统中的索引节点。
每个文件都对应一个唯一的inode 结构体，用于存储文件的元数据信息，如文件大小、所属用户、所属组、文件权限等。
inode 结构体中还包含了指向文件数据块的指针，通过这些指针可以访问文件的实际内容。
通过 inode 结构体，内核可以管理文件系统的存储和访问。
4. super_block 结构体super_block 结构体用于表示Linux 文件系统的超级块。
每个文件系统都有一个对应的super_block 结构体，用于存储文件系统的元数据信息，如文件系统类型、块大小、块数量等。
super_block 结构体中还包含了指向文件系统根目录的inode 结构体指针，通过这个指针可以访问文件系统中的文件和目录。
通过super_block 结构体，内核可以管理文件系统的挂载和卸载。
Linux内核中的数据结构：基数树（radixtree）【转】
Linux内核中的数据结构：基数树（radixtree）【转】转⾃：Linux基数树（radix tree）是将指针与long整数键值相关联的机制，它存储有效率，并且可快速查询，⽤于指针与整数值的映射（如：IDR机制）、内存管理等。
IDR（ID Radix）机制是将对象的⾝份鉴别号整数值ID与对象指针建⽴关联表，完成从ID与指针之间的相互转换。
IDR机制使⽤radix树状结构作为由id进⾏索引获取指针的稀疏数组，通过使⽤位图可以快速分配新的ID，IDR机制避免了使⽤固定尺⼨的数组存放指针。
IDR机制的API函数在lib/idr.c中实现，这⾥不加分析。
Linux radix树最⼴泛的⽤途是⽤于内存管理，结构address_space通过radix树跟踪绑定到地址映射上的核⼼页，该radix树允许内存管理代码快速查找标识为dirty或writeback的页。
Linux radix树的API函数在lib/radix-tree.c中实现。
（1）radix树概述radix树是通⽤的字典类型数据结构，radix树⼜称为PAT位树（Patricia Trie or crit bit tree）。
Linux内核使⽤了数据类型unsigned long的固定长度输⼊的版本。
每级代表了输⼊空间固定位数。
radix tree是⼀种多叉搜索树，树的叶⼦结点是实际的数据条⽬。
每个结点有⼀个固定的、2^n指针指向⼦结点（每个指针称为槽slot），并有⼀个指针指向⽗结点。
Linux内核利⽤radix树在⽂件内偏移快速定位⽂件缓存页，图4是⼀个radix树样例，该radix树的分叉为4(22)，树⾼为4，树的每个叶⼦结点⽤来快速定位8位⽂件内偏移，可以定位4x4x4x4=256页，如：图中虚线对应的两个叶⼦结点的路径组成值0x00000010和0x11111010，指向⽂件内相应偏移所对应的缓存页。
图4 ⼀个四叉radix树Linux radix树每个结点有64个slot，与数据类型long的位数相同，图1显⽰了⼀个有3级结点的radix树，每个数据条⽬（item）可⽤3个6位的键值（key）进⾏索引，键值从左到右分别代表第1~3层结点位置。
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
struct kstatfs结构体详解
struct kstatfs结构体详解`struct kstatfs`是Linux内核中用于表示文件系统状态信息的结构体。
该结构体通常包含了有关文件系统的各种信息，如文件系统的总大小、可用空间、文件节点数量等。
以下是对`struct kstatfs`中主要字段的简要解释：```cstruct kstatfs{__u32f_type;//文件系统类型__u32f_bsize;//文件系统块大小__u64f_blocks;//文件系统总块数__u64f_bfree;//文件系统可用块数__u64f_bavail;//非特权用户可用块数__u64f_files;//文件系统的inode总数__u64f_ffree;//文件系统的可用inode数fsid_t f_fsid;//文件系统标识符__u32f_namelen;//文件名最大长度__u32f_frsize;//文件系统的fragment大小__u32f_spare[5];//保留字段，用于将来扩展};```1.`f_type`：文件系统类型的标识符。
2.`f_bsize`：文件系统的块大小（以字节为单位）。
3.`f_blocks`：文件系统的总块数。
4.`f_bfree`：文件系统中的可用块数。
5.`f_bavail`：非特权用户可用的块数。
6.`f_files`：文件系统的inode总数。
7.`f_ffree`：文件系统的可用inode数。
8.`f_fsid`：文件系统的标识符。
9.`f_namelen`：文件名的最大长度。
10.`f_frsize`：文件系统的fragment大小（以字节为单位）。
11.`f_spare`：保留字段，用于将来扩展。
这些信息对于文件系统的监控和管理非常有用，允许内核和应用程序获取关于文件系统状态的详细信息。
注意，具体的字段定义可能会因不同的内核版本而有所变化。
Linux内核目录文件简介
Linux V0.11目录文件简介●Makefile文件：该文件是编译辅助工具软件make的参数配置文件。
●boot目录：功能是当计算机加电时引导内核启动，将内核代码加载到内存中，并做一些进入入32位保护运行方式前的系统初始化工作。
①Bootsect.s：磁盘引导块程序，驻留磁盘第一个扇区。
0x7C00②Setup.s：读取机器的硬件配置参数，并把内核模块system移动到适当的内存位置处。
③Head.s：被编译连接在system模块的最前部分，主要进行硬件设备的探测设置和内存管理页面的初始设置工作。
●fs目录：文件系统实现程序的目录。
1、file_table.c文件中，目前仅定义了一个文件句柄（描述符）结构数组。
2、ioctl.c文件将引用kernel/chr_dev/tty.c中的函数，实现字符设备的io控制功能。
3、exec.c程序主要包含一个执行程序函数do_execve()，它是所有exec()函数簇中的主要函数。
4、fcntl.c程序用于实现文件i/o控制的系统调用函数。
5、read_write.c程序用于实现文件读/写和定位三个系统调用函数。
6、stat.c程序中实现了两个获取文件状态的系统调用函数。
7、open.c程序主要包含实现修改文件属性和创建与关闭文件的系统调用函数。
8、char_dev.c主要包含字符设备读写函数rw_char()。
9、pipe.c程序中包含管道读写函数和创建管道的系统调用。
10、file_dev.c程序中包含基于i节点和描述符结构的文件读写函数。
11、namei.c程序主要包括文件系统中目录名和文件名的操作函数和系统调用函数。
12、block_dev.c程序包含块数据读和写函数。
13、inode.c程序中包含针对文件系统i节点操作的函数。
14、truncate.c程序用于在删除文件时释放文件所占用的设备数据空间。
15、bitmap.c程序用于处理文件系统中i节点和逻辑数据块的位图。
嵌入式Linux中常见的文件系统及特点
嵌⼊式Linux中常见的⽂件系统及特点1、Linux可⽀持的⽂件系统有多种，但是这么多种的⽂件系统都是基于Linux内核所提供的⽂件系统VFS的接⼝API。
因此对于Linux内核级别实现的⽂件系统只有VFS虚拟⽂件系统； 其余实现的⽂件系统都是调⽤VFS⽂件系统的API更上⼀层实现的；2、Linux⽂件系统的组成结构： 1、⽤户层：⽤户层向外提供Linux内核所⽀持⽂件系统的VFS的API接⼝ 内核层：内核实现了所说的各种⽂件系统 驱动层：驱动层是块设备的驱动程序 硬件层：硬件层是不同⽂件系统⽀持的存储器；3、Linux启动时的⽂件系统： 硬件上电启动，各项硬件初始化后，第⼀个启动的⽂件系统时RootFS根⽂件系统，如果说根⽂件系统没有起来，系统出现异常、将重启；4、常⽤的⽂件系统运⾏、存储设备有： DRAM、SDRAM以及ROM其中常使⽤flash;5、根据不同的存储介质，常见的⽂件系统有： 基于Flash（Nor、Nand）的⽂件系统有： jffs2:可读写，数据压缩、⽀持哈希表的⽂件系统，掉电保护；缺点：不适合使⽤在⼤容量的Nand Flash中，内存使⽤量太⼤极⼤降低数据操作速度； yaffs：读写速度快，占⽤内存⼩，实现内存访问异常处理；混合的垃圾回收算法；特别适合嵌⼊式设备使⽤；跨平台、⾃带Nand 芯⽚驱动 cramfs：只读的⽂件系统，执⾏速度快，内容⽆法扩充；⽂件系统健壮； romfs：简单紧凑、只读、不⽀持动态擦写；较多使⽤在uclinux系统上； 基于RAM存储介质的⽂件系统： ramdisk：将⼀部分固定⼤⼩的内存当做分区使⽤，不能真正算的上实际的⽂件系统，更像是⼀种机制，将实际的⽂件系统加载到内存中；将⼀些经常被访问的⽽⼜不会更改的⽂件放⼊到内存中，达到提⾼系统效率的⽬的；同时还负责将内核镜像与⽂件系统⼀块加载到内存中； ramfs/tmpfs ：基于内存的⽂件系统，⼯作于虚拟⽂件系统层，可以创建多个⽂件系统，可以指定每个⽂件系统最⼤使⽤内存；这种⽂件系统将所有的⽂件都放在RAM中，既可以提⾼读写速度，也可以避免对flash⼤量的读写操作；⽂件系统不可以格式化，占⽤内存⼤⼩可以指定； ⽹络⽂件系统： NFS：是⼀种基于⽹络共享技术，可以在不同平台、不同机器、不同操作系统上实现⽂件共享、⽂件传输；在嵌⼊式Linux系统初始开发阶段可以⾮常⽅便⽂件传输、⽂件修改；地址异常进⼊模式描述0x0000,0000复位管理模式电平复位0x0000,0004未定义指令异常未定义模式遇到不能处理的指令，⽆法识别的指令0x0000,000c 软件中断管理模式异常发⽣时CPU处理的步骤：R13(sp),R15(PC)1、保存当前执⾏位置：LR寄存器(R14)2、保存当前执⾏状态：CPSR3、寻找中断⼊⼝，中断向量表:PC寄存器找向量地址4、执⾏中断处理完成：5、中断返回，继续执⾏：R14 <exception_mode> = return linkSPSR<exception_mode>=CPSRCPSR[4:0] =exception mode number;/* 处理器⼯作模式控制位 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */If<exception_mode> == reset or FIQ thenCPSR[6]= 1;/* 屏蔽快速中断FIQ */CPSR[7]=1; /* 屏蔽外部中断IRQ */PC=exception vector address;复位异常中断处理程序的主要功能：1、设置异常中断向量表：2、初始化数据栈和寄存器：3、初始化存储系统MMU:4、初始化关键IO设备：5、使能中断：6、处理器切换到合适的模式：7、初始化C变量跳转到应⽤程序执⾏：R14<SVC> = 设置相应的值；SPSR<SVC> = 设置相应的值；CPSR[4:0]=0b10011;/* 进⼊特权模式 */CPSR[5]=0; /* 使⽤ARM指令集 */CPSR[6] =1; /* 禁⽌相关关闭FIQ */CPSR[7] =1; /* 禁⽌IRQ */If high vectors configured thenPC=0xffff,0000;ElsePC= 0x0000,0000;其余的异常以此类推；异常的优先级：1、Reset: 优先级1（最⾼）2、Data abort:23、FIQ:34、IRQ:45、Prefetch abort:56、SWI或者undefined instruction:6(最低)，软件中断异常或者未定义指令异常ARM硬件接⼝：1、程序的链接地址和程序地址：ld程序链接地址程序链接地址：是程序运⾏的起始地址；程序地址：是程序保存在硬盘中的地址；2、呵呵呵。
linux 内核list使用
linux 内核list使用
在Linux内核中，list是一种常用的数据结构，用于实现链表。
它在内核中被广泛使用，包括进程管理、文件系统、网络等多个方面。
在内核中使用list时，有几个常见的操作和用法需要注意：
1. 初始化list，在使用list之前，需要先对其进行初始化。
可以使用宏INIT_LIST_HEAD来初始化一个空的list。
2. 添加元素到list，使用list_add、list_add_tail等函数
可以将新元素添加到list中。
这些函数会在指定位置插入新元素，
并更新相关指针。
3. 遍历list，可以使用list_for_each、
list_for_each_entry等宏来遍历list中的元素。
这些宏会帮助我
们遍历整个list，并执行指定的操作。
4. 删除元素，使用list_del和list_del_init函数可以从
list中删除指定的元素。
需要注意的是，在删除元素之后，需要手
动释放相关资源，以避免内存泄漏。
除了上述基本操作外，list还支持一些高级操作，如合并两个list、反转list等。
在编写内核代码时，合理地使用list可以提高代码的可读性和性能。
总的来说，Linux内核中的list是一种非常灵活和强大的数据结构，合理地使用它可以帮助我们更好地管理和组织数据。
在实际编程中，需要根据具体的需求和场景来选择合适的list操作，以达到最佳的效果。
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下面列出主要的文件系统数据结构，便于查询，主要参见include/linux/fs.h 一、超级块（超辑块是与设备一一对应的）
{
节点数
逻辑块数
i节点所占用的数据块数
逻辑块位图所占用的数据块数用于磁盘与内存第一个数据逻辑块号
log2(数据块数/逻辑块)
文件最大长度
文件系统幻数
-----------------------------------------------------------------------------------------
i节点位图缓冲区指针数组
逻辑块位图缓冲区指针数组
超级块所在的设备号
被安装的文件系统根目录的i节点
被安装到的i节点仅用于内存
修改时间
等待该超级块的进程
被锁定标志
只读标志
已修改（脏）标志
}
超级块（在磁盘上）
二、缓冲区散列队列（缓冲区是与盘块一一对应的）
下面给出赵博画的缓冲区的散列队列逻辑示意图
以上散列项，free_list与缓冲头均为buffer_head结构
{
指向1024个字节数据块的指针
块号
数据源的设备号
更新标志：表示数据是否已更新
修改（脏）标志
使用的用户数
缓冲区是否被锁定
等待该缓冲区解锁的任务
hash队列上前一块
hash队列上后一块
空闲表上前一块
空闲表上后一块
}
在Linux0.11内核中具体实现时，在物理内存中缓冲区的状态如下：
hash_table 以上实线箭头为data 指针，一个缓冲头指向一个大小为1KB 的缓冲区，虚线是空闲链表指针，构成双向链表，初始化时是相邻的缓冲头链接成空闲表，位于内核模块的struct buffer_head *型数组经哈希函数计算后指向缓冲头结构，初始化时为全NULL 。
哈希函数=（设备号异或块号）取余307，307为哈希表长。
hash_table 在实际运行后的图参见前面的缓冲区的散列队列逻辑示意图。
缓冲区与块设备（如磁盘）间的读写操作均由ll_rw_block()实现，在
kernel\blk_drv\ll_rw_blk.c 中。
缓冲区是文件系统的底层，介于读写磁盘的驱动程序与文件系统之间，它对文件系统提供了磁盘盘块的抽象，对上接口为设备号和块号。
三、索引节点（索引节点是与文件一一对应的）
用户文件描述符表与进程有关，即task_struct 中的filp 数组，每个进程只能有20个打开文件。
索引节点表中的索引节点与文件一一对应，即整个系统在某一时刻只能打开32个文件。
文件表用来关联这两张表，它的主要功用是记录文件的当前读写指针的偏移值。
文件表结构：
{
文件操作模式（RW 位）
文件打开和控制的标志
对应文件句柄（文件描述符）数
指向对应（内存）i 节点指针
文件位置（读写偏移值）
}
用户文件描述符表文件表
（内存）索引节点表
索引节点结构：
{
文件类型和属性（rwx位）
用户id（文件拥有者标识符）
文件大小（字节数）
修改时间既在磁盘又在内存中组id（文件拥有者所在的组）
文件目录项链接数
直接（0~6），间接（7）或双重间接（8）逻辑块号
-----------------------------------------------------------------------------------------
等待该i节点的进程
最后访问时间
i节点自身修改时间
i节点所在的设备号
i节点号
i节点被使用的次数仅在内存中
锁定标志
已修改（脏）标志
管道标志
安装标志
搜索（lseek）标志
更新标志
}
索引节点有可能在内存和不在内存。
若在内存表明该i节点当前活跃，可在i节点表（见p257inode.c的15行）找到。
若不在内存，须从设备中读取，方法是根据该i节点所在设备找到该i节点的超级块，根据超级块中的信息，利用以下公式可计算出i节点所在的逻辑块号。
上图为赵博画的在块设备中文件系统各部分的布局。
所以i节点逻辑块号=2+i节点位图在内存中对应的超级块所占块数+（i节点号-1）/每块含有的i节点数
（引导块+超级块）
上图中i节点位图和逻辑块位图在内存中对应为超级块指向的缓冲区，i节点存放在i节点表中，数据区通常被读到缓冲区，由缓冲区管理。
无论是文件还是目录的i节点，都将文件实际数据块记录在i_zone中。
目录文件对应的目录项结构与普通文件一样存储在i_zone指明的逻辑块中。
操作目录文件的函数有find_entry,add_entry,sys_mkdir等。
目录文件的i节点：
对于读写文件操作来说，系统给出了两种实现方式，直接根据设备号与读写指针（存在文件表中）读块设备。
根据i节点与文件表指针读文件逻辑块。
前者是读块设备上连续的块，后者是读文件意义上连续的块，要通过bmap转换成块设备意义上的块。
算法上两个实现只有细微差别。
关于管道的书上p297图很能说明问题。