本文涉及VFS中的数据结构有：struct super_block;struct inode;struct dentry;struct file;
Linux中的VFS（关于VFS更加全面的解说可以看这里）以一组通用的数据结构来描述各种文件系统。这些数据结构分别是超级块、索引结点、目录项和文件。下面将分别对这些结构进行说明。
超级块结构体
超级块结构代表一个已经安装了的文件系统，其存储该文件系统的有关信息。对于一个基于磁盘的文件系统来说，这类对象存放于磁盘的特定扇区中；对于非基于磁盘的文件系统，它会在该文件系统的使用现场创建超级块结构并存放在内存中。
在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面对该结构的部分字段进行说明：
1318struct super_block {
1319 struct list_head s_list; /* Keep this first */
1320 dev_t s_dev; /* search index; _not_ kdev_t */
1321 unsigned char s_dirt;
1322 unsigned char s_blocksize_bits;
1323 unsigned long s_blocksize;
1324 loff_t s_maxbytes; /* Max file size */
1325 struct file_system_type *s_type;
1326 const struct super_operations *s_op;
…… ……
1330 unsigned long s_flags;
1332 struct dentry *s_root;
1335 int s_count;
1342 struct list_head s_inodes; /* all inodes */
1347 struct list_head s_files;
1353 struct block_device *s_bdev;
1357 struct quota_info s_dquot; /* Diskquota specific options */
1362 char s_id[32]; /* Informational name */
…… ……
1388};
s_list：所以的超级块形成一个双联表，s_list.prev和s_list.next分别指向与当前超级块相邻的前一个元素和后一个元素。通常我们通过list_entry宏来获取s_list所在超级块结构体的地址。超级块链表的头结点是变量super_blocks；
s_dev：超级块所描述的文件系统所在设备的设备号。比如，ext2文件系统所在设备为磁盘，则该设备号即为该磁盘在系统中的设备号；
s_dirt：超级块在内存中被修改后，该标志为1，则修改后的超级块必须写回磁盘。
s_dirty：所有脏inode链接在一起所形成的指针；
s_blocksize：以字节为单位表示块的大小。系统对文件的存取操作是以块为单位的，该值即代表这个块的具体大小；
s_blocksize_bits：以位来表示块的大小。比如，一个块的大小为1024字节，则该值为10；
s_maxbytes：该超级块所属文件系统中文件的最大长度；
s_type：指向具体的文件系统类型；
s_op：指向对超级块操作的函数指针结构体；
s_flags：安装文件系统时的标志，记录比如只读或可擦写等这样的标志；
s_root：该文件系统根目录的目录项结构指针。利用该根目录项，可以访问到这个文件系统中的任何一个文件；
s_count：对该超级块的引用计数；
s_inodes：该文件系统中所有的索引结点形成一个双联表，该字段存放这个链表的头结点；
s_files：该文件系统中所有已被打开的文件形成一个双联表，该字段存放这个链表的头结点；
s_instances：某个具体文件系统中所有超级块会组成一个双联表。这个链表的头结点为super_block，头结点定义在该文件系统对应的file_system_type结构体中；
s_id[32]：文件系统的名称。比如ext3文件系统，该值为“ext3”；
超级块操作结构体
从上面的字段说明可以知道，超级块中有一个s_op字段，它指向与该操作块相关的操作。该字段的类型为struct super_operations，在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面对该结构的部分字段进行说明：
1560struct super_operations {
1561 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
1562 void (*destroy_inode)(struct inode *);
…… ……
1564 void (*dirty_inode) (struct inode *);
1565 int (*write_inode) (struct inode *, struct writeback_control *wbc);
1568 void (*put_super) (struct super_block *);
1569 void (*write_super) (struct super_block *);
…… ……
1584};
alloc_inode：创建和初始化一个新的索引结点；
destroy_inode：释放指定的索引结点；
put_super：释放指定的超级块，文件系统被卸载时使用；
write_super：如果该超级块被修改，即s_dirt为1时，则要将超级块写回磁盘，同时还要将s_dirt重设为0；
write_inode：将指定的inode写回磁盘，用于指定inode的更新；
drop_inode：释放指定的inode，与write_inode成对出现；
当文件系统需要对其所对应的超级块进行操作时，就应该使用超级块操作类中的具体函数。比如，定义sb为指向某个超级块的指针，如果该超级块需要将自己写回磁盘，则应该这么调用：
sb->s_op->write_super(sb);
可以看到，虽然write_super函数是由sb所指的超级块所调用的，但是仍然将sb传递给write_super函数。
索引结点结构体
索引结点结构体用来描述存放在磁盘上的文件信息。每当内核对磁盘上的文件进行操作时，就会将该文件的信息填充到一个索引结点可以代表一个普通的文件，也可以代表管道或者设备文件等这样的特殊文件。因此，在索引结点结构中，会包含针对这些特殊文件的一些属性。该结构体定义于在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面对该结构的部分字段进行说明：
725struct inode {
726 struct hlist_node i_hash;
727 struct list_head i_list; /* backing dev IO list */
729 struct list_head i_dentry;
730 unsigned long i_ino;
731 atomic_t i_count;
732 unsigned int i_nlink;
733 uid_t i_uid;
734 gid_t i_gid;
735 dev_t i_rdev;
736 unsigned int i_blkbits;
737 u64 i_version;
738 loff_t i_size;
…… ……
742 struct timespec i_atime;
743 struct timespec i_mtime;
744 struct timespec i_ctime;
745 blkcnt_t i_blocks;
746 unsigned short i_bytes;
747 umode_t i_mode;
…… ……
751 const struct inode_operations *i_op;
752 const struct file_operations *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */
753 struct super_block *i_sb;
760 struct list_head i_devices;
761 union {
762 struct pipe_inode_info *i_pipe;
763 struct block_device *i_bdev;
764 struct cdev *i_cdev;
765 };
…… ……
788};
i_hash：为了提高查找正在被使用的inode的效率，每一个inode都会有一个hash值，所有hash值相同的inode形成一个双链表。该字段包含prev和next两个指针，分别指向上述链表的前一个元素和后一个元素；
i_list：VFS中使用四个链表来管理不同状态的inode结点。inode_unused将当前未使用的inode链接起来，inode_in_use将当前正在被使用的inode链接起来，超级块中的s_dirty将所有脏inode链接起来，i_hash将所有hash值相同的inode链接起来。i_list中包含prev和next两个指针，分别指向与当前inode处于同一个状态链表的前后两个元素。
i_sb_list：每个文件系统中的inode都会形成一个双联表，这个双链表的头结点存放在超级块的s_inodes中。而该字段中的prev和next指针分别指向在双链表中与其相邻的前后两个元素；
i_dentry：所有引用该inode的目录项将形成一个双联表，该字段即为这个双联表的头结点；
i_ino：索引结点号。通过ls -l命令可以查看文件的索引节点号；
i_count：引用计数；
i_nlink：硬链接数。当该inode描述一个目录时，这个值至少为2，代表.和..的数目；
i_uid：inode所属文件的拥有者的id，通过ls -n可查看拥有者id；
i_gid：inode所属文件所在组的id，通过ls -n可查看组id；
i_rdev：如果该inode描述的是一个设备文件，此值为设备号；
i_blkbits：以位为单位的块大小；
i_atime：文件最近一次被访问的时间。通过ls -lu可查看该时间；
i_mtime：文件最近一次被修改的时间，这里的修改只文件内容被修改。通过ls -l可查看该时间；
i_ctime：文件最近一次被修改的时间，这里的修改除了指文件内容被修改外，更强调的是文件的属性被修改。通过ls -lc可查看该时间；
i_blocks：文件使用块的个数，通过ls -s可以查看该某个文件的块使用数目；
i_mode：文件的访问权限；
i_op：指向索引结点操作结构体的指针；
i_fop：指向文件操作结构体的指针，这个字段用来初始化文件结构体（struct file）中的f_op字段；
i_sb：指向inode所属文件系统的超级块的指针；
i_pipe：如果inode所代表的文件是一个管道，则使用该字段；
i_bdev：如果inode所代表的文件是一个块设备，则使用该字段；
i_cdev：如果inode所代表的文件是一个字符设备，则使用该字段；
索引结点操作结构体
在inode结构体中，有一个i_op字段，该字段指向与索引结点相关的操作。这个字段的类型为struct inode_operations，在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面只列出部分字段的说明。
1516struct inode_operations {
1517 int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
1518 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
…… ……
1519 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
1520 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
1521 int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
1522 int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
1523 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
1524 int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);
…… ……
1544};
create：如果该inode描述一个目录文件，那么当在该目录下创建或打开一个文件时，内核必须为这个文件创建一个inode。VFS通过调用该inode的i_op->create()函数来完成上述新inode的创建。该函数的第一个参数为该目录的inode，第二个参数为要打开新文件的dentry，第三个参数是对该文件的访问权限。如果该inode描述的是一个普通文件，那么该inode永远都不会调用这个create函数；
lookup：查找指定文件的dentry；
link：用于在指定目录下创建一个硬链接。这个link函数最终会被系统调用link()调用。该函数的第一个参数是原始文件的dentry，第二个参数即为上述指定目录的inode，第三个参数是链接文件的dentry。
unlink：在某个目录下删除指定的硬链接。这个unlink函数最终会被系统调用unlink()调用。 第一个参数即为上述硬链接所在目录的inode，第二个参数为要删除文件的dentry。
symlink：在某个目录下新建
mkdir：在指定的目录下创建一个子目录，当前目录的inode会调用i_op->mkdir()。该函数会被系统调用mkdir()调用。第一个参数即为指定目录的inode，第二个参数为子目录的dentry，第三个参数为子目录权限；
rmdir：从inode所描述的目录中删除一个指定的子目录时，该函数会被系统调用rmdir()最终调用；
mknod：在指定的目录下创建一个特殊文件，比如管道、设备文件或套接字等。
目录项结构体
为了方便对目标文件的快速查找，VFS引入了目录项。目标文件路径中的每一项都代表一个目录项，比如/home/test.c中，/，home，test.c都分别是一个目录项。这些目录项都属于路径的一部分，并且每个目录项都与其对应的inode相联系。如果VFS得到了某个dentry，那么也就随之得到了这个目录项所对应文件的inode，这样就可以对这个inode所对应的文件进行相应操作。所以，依次沿着目标文件路径中各部分的目录项进行搜索，最终则可找到目标文件的inode。
与超级块和索引结点不同的是，目录项在磁盘上并没有对应的实体文件，它会在需要时候现场被创建。因此，在目录项结构体中并没有脏数据字段，因为目录项并不会涉及重写到磁盘。
目录项由struct dentry描述，在yoursource/include/linux/dcache.h中有这个结构的定义。下面只对部分字段进行说明。
89struct dentry {
90 atomic_t d_count;
91 unsigned int d_flags; /* protected by d_lock */
92 spinlock_t d_lock; /* per dentry lock */
93 int d_mounted;
94 struct inode *d_inode; /* Where the name belongs to - NULL is
…… ……
100 struct hlist_node d_hash; /* lookup hash list */
101 struct dentry *d_parent; /* parent directory */
102 struct qstr d_name;
103
104 struct list_head d_lru; /* LRU list */
108 union {
109 struct list_head d_child; /* child of parent list */
110 struct rcu_head d_rcu;
111 } d_u;
112 struct list_head d_subdirs; /* our children */
113 struct list_head d_alias; /* inode alias list */
115 const struct dentry_operations *d_op;
116 struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */
…… ……
120};
d_count：引用计数；
d_inode：与该目录项相关联的索引结点；
d_hash：内核使用哈希表对所有dentry进行管理，该字段使得当前dentry处于哈希表的某个冲突链表当中；
d_parent：指向父目录的目录项；
d_name：目录项的名称；
d_subdirs：如果当前目录项是一个目录，那么该目录下所有的子目录形成一个链表。该字段是这个链表的表头；
d_child：如果当前目录项是一个目录，那么该目录项通过这个字段加入到父目录的d_subdirs链表当中。这个字段中的next和prev指针分别指向父目录中的另外两个子目录；
d_alias：一个inode可能对应多个目录项，所有的目录项形成一个链表。inode结构中的i_dentry即为这个链表的头结点。当前目录项以这个字段处于i_dentry链表中。该字段中的prev和next指针分别指向与该目录项同inode的其他两个（如果有的话）目录项；
d_op：指向目录项操作结构体的指针；
d_sb：指向该目录项所属的文件系统对应的超级块；
目录项操作结构体
134struct dentry_operations {
135 int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
136 int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
137 int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
138 int (*d_delete)(struct dentry *);
139 void (*d_release)(struct dentry *);
140 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
141 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
142};
文件结构体
VFS使用struct file来描述一个被进程已经打开的文件。与上述三个结构体不同，文件结构体是进程直接处理的对象。因此，在该结构体中你可以看到我们熟悉的一些文件属性信息。文件对象是已打开文件在内存中的表示，因此，它在磁盘上并没有与之对应的数据。也就是说，文件对象只存在于内存中，所以这个结构也就不涉及脏数据字段和是否需要写回磁盘。
有上述可知，每当一个进程打开一个文件时，内存中有会有相应的file结构体。因此，当一个文件被多个进程打开时，这个文件就会有多个对应的文件结构体。但是，这些文件结构体对应的索引结点和目录项却是唯一的。在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面只列出部分字段的说明。
909struct file {
…… ……
914 union {
915 struct list_head fu_list;
916 struct rcu_head fu_rcuhead;
917 } f_u;
918 struct path f_path;
919#define f_dentry f_path.dentry
920#define f_vfsmnt f_path.mnt
921 const struct file_operations *f_op;
922 spinlock_t f_lock; /* f_ep_links, f_flags, no IRQ */
923#ifdef CONFIG_SMP
924 int f_sb_list_cpu;
925#endif
926 atomic_long_t f_count;
927 unsigned int f_flags;
928 fmode_t f_mode;
929 loff_t f_pos;
930 struct fown_struct f_owner;
935#ifdef CONFIG_SECURITY
936 void *f_security;
937#endif
938 /* needed for tty driver, and maybe others */
939 void *private_data;
940
…… ……
949};
fu_list：每个文件系统中以被打开的文件都会形成一个双联表，这个双联表的头结点存放在超级块的s_files字段中。该字段的prev和next指针分别指向在链表中与当前文件结构体相邻的前后两个元素；
f_dentry：与该文件对应的dentry；
f_vfsmnt：该文件所在文系统的安装点，与f_dentry相结合可以得到该文件的绝对路径；
f_op：指向与该文件相关的操作的结构体；
f_count：该文件的引用计数；
f_flags：进程打开该文件时候的标志，比如以只读，可读写等方式打开该文件；
f_mode：该文件的访问权限；
f_pos：当前该文件的偏移量，读写操作均从该偏移量开始；
f_security：指向文件安全数据结构struct file_security_struct的指针；
文件操作结构体
VFS使用struct file_operations来描述与文件相关的操作集合，文件结构体中的f_op字段就指向这种结构体类型。在这个操作结构体中，有许多我们所熟悉的函数指针，大多数与文件相关的系统调用最终会调用这里的函数。当一个进程打开某个文件时，该文件结构体中的f_op字段是通过该文件inode对象中的i_fop字段来初始化的。在yoursource/include/linux/fs.h中有这个结构体的定义。下面只列出部分字段的说明。
1488struct file_operations {
1489 struct module *owner;
1490 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1491 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1492 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
…… ……
1499 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1500 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1502 int (*release) (struct inode *, struct file *);
…… ……
1514};
owner：用于指定拥有这个文件操作结构体的模块，通常取THIS_MODULE；
llseek：用于设置文件的偏移量。第一个参数指明要操作的文件，第二个参数为偏移量，第三个参数为开始偏移的位置（可取SEEK_SET,SEEK_CUR和SEEK_END之一）。
read：从文件中读数据。第一个参数为源文件，第二个参数为目的字符串，第三个参数指明欲读数据的总字节数，第四个参数指明从源文件的某个偏移量处开始读数据。由系统调用read()调用；
write：往文件里写数据。第一个参数为目的文件，第二个参数源字符串，第三个参数指明欲写数据的总字节数，第四个参数指明从目的文件的某个偏移量出开始写数据。由系统调用write()调用；
mmap：将指定文件映射到指定的地址空间上。由系统调用mmap()调用；
open：打开指定文件，并且将这个文件和指定的索引结点关联起来。由系统调用open()调用；
release：释放以打开的文件，当打开文件的引用计数（f_count）为0时，该函数被调用；
