鸿蒙内核源码分析（文件概念篇）：深入剖析文件系统原理

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2024-01-26 23:33:23

前言

在计算机系统中，文件系统是存储和管理数据的基础。它负责管理磁盘空间、组织文件和目录，并提供对数据的访问接口。作为鸿蒙OS的核心组件，鸿蒙内核文件系统具有独特的设计和实现，为开发者提供了高效、可靠的文件管理能力。

本文将通过对鸿蒙内核源码的深入剖析，揭秘鸿蒙文件系统的神秘面纱。我们将从inode、目录、软链接、硬链接等基本概念入手，逐步深入文件操作和IO流等核心机制，帮助读者全面理解鸿蒙文件系统的运作原理。

源码剖析

鸿蒙内核文件系统源码位于kernel/fs/目录下，涵盖了文件系统的各个模块，包括文件操作、目录管理、IO流处理等。下面我们将重点分析几个核心概念的源码实现。

Inode

Inode是文件系统中最重要的数据结构，它了文件的元信息，包括文件类型、大小、所有者、权限等。在鸿蒙内核中，inode的结构定义如下：

struct inode {
    struct dentry *i_dentry;     // 关联的目录项
    unsigned int i_count;       // 引用计数
    struct super_block *i_sb;    // 所属超级块
    kdev_t i_dev;               // 设备号
    unsigned int i_ino;          // Inode号
    struct timespec i_atime;      // 访问时间
    struct timespec i_mtime;      // 修改时间
    struct timespec i_ctime;      // 创建时间
    unsigned int i_nlink;        // 硬链接数
    unsigned int i_blocks;       // 占用的块数
    loff_t i_size;              // 文件大小
    unsigned short i_bytes;       // 未写入的字节数
    unsigned char i_opflags;      // 操作标志
    unsigned char i_flags;        // 文件标志
    struct file_operations *i_fop; // 文件操作函数表
    struct address_space *i_mapping; // 地址空间
    struct list_head i_list;       // 链表项
    struct list_head i_devices;    // 设备链表
    struct list_head i_children;   // 子目录项链表
    spinlock_t i_lock;          // 自旋锁
};

struct dentry {
    unsigned int d_flags;       // 目录项标志
    spinlock_t d_lock;         // 自旋锁
    struct list_head d_child;    // 子目录项链表
    struct list_head d_alias;    // 别名链表
    struct inode *d_inode;      // 关联的inode
    struct qstr d_name;         // 目录项名称
};

软链接和硬链接

软链接和硬链接都是指向文件或目录的特殊文件。软链接存储的是目标文件的路径，而硬链接直接指向目标文件的inode。在鸿蒙内核中，软链接和硬链接的结构定义如下：

// 软链接
struct symlink {
    struct dentry *d_name;    // 目录项
    struct inode *d_inode;    // Inode
    char *d_path;           // 目标路径
};

// 硬链接
struct link {
    struct inode *d_inode;    // Inode
    struct qstr d_name;       // 目录项名称
};

文件操作和IO流

文件操作是通过文件符进行的。在鸿蒙内核中，文件描述符的结构定义如下：

struct file {
    struct list_head f_list;     // 链表项
    atomic_t f_count;           // 引用计数
    struct file_operations *f_op; // 文件操作函数表
    struct inode *f_inode;       // 关联的inode
    unsigned int f_flags;        // 文件标志
    struct file_lock *f_lock;     // 文件锁
    struct pipe_inode_info *f_pipe; // 管道信息
    loff_t f_pos;               // 文件偏移
    unsigned int f_pos_whence;    // 文件偏移起始位置
    struct list_head f_stack;     // 堆栈
    struct atomic_notifier_head f_notify_lock; // 异步通知
};

IO流是文件系统中用于对文件进行读写操作的抽象接口。在鸿蒙内核中，IO流的结构定义如下：

struct file_operations {
    int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);
    int (*release)(struct inode *inode, struct file *filp);
    loff_t (*llseek)(struct file *filp, loff_t offset, int whence);
    ssize_t (*read)(struct file *filp, char __user *buf, size_t len, loff_t *offset);
    ssize_t (*write)(struct file *filp, const char __user *buf, size_t len, loff_t *offset);
    int (*readdir)(struct file *filp, void *dirent, filldir_t filldir);
    unsigned int (*poll)(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait);
};