【Linux】认识Linux内核中进程级别的文件结构体【files_struct】＆文件IO模型初步演示

Linux内核进程文件结构体及文件IO模型
原创 于 2024-10-07 19:47:52 发布 · 1.3k 阅读 · 33 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
文章标签：

#linux #数据库 #nosql

前言

大家好吖，欢迎来到 YY 滴 系列 ，热烈欢迎！ 本章主要内容面向接触过C++的老铁
主要内容含：
在这里插入图片描述

欢迎订阅 YY滴C++专栏！更多干货持续更新！以下是传送门！

目录

一.区分内核文件结构体file和files_struct＆C标准库中文件结构体FILE

  • FILE结构体：是 C标准库 中定义的一个结构体，用于表示一个打开的文件流，并封装了文件操作的相关信息。
  • file结构体：它代表一个打开的文件，是Linux内核中的结构体
  • 区分： files_struct结构体：是Linux内核中定义的一个结构体，用于表示 进程级别 的文件描述符表，并记录了该进程当前打开的所有文件的信息。

如下图：进程结构体task_struct有一个文件指针指向files_struct结构体，files_struct结构体经过系统调用open后生成file结构体：
在这里插入图片描述

二.文件描述符fd与进程文件描述符表fd_array

1.file_struct结构体介绍

files_struct结构体是Linux内核中定义的一个结构体，用于表示进程级别的文件描述符表。在Linux系统中，每个进程都有一个与之关联的文件描述符表，该表记录了该进程当前打开的所有文件的信息。以下是files_struct结构体的一些关键字段：

  • **fd_array[]：**这是一个指针数组，用于存储指向file结构体的指针。每个指针都指向一个打开的文件的file结构体，而文件描述符就是该指针数组的下标。
  • **文件引用计数：**files_struct结构体还包含了一些用于管理文件描述符和文件引用的计数信息。例如，每个打开的file结构体都有一个引用计数，表示有多少个文件描述符指向它。当引用计数降为零时，表示没有文件描述符再指向该文件，此时可以关闭该文件并释放相关资源。
    在这里插入图片描述

2.文件描述符fd与文件描述符表介绍

  • fd_array是一个 指针数组 ，用于存储指向file结构体的指针。每个指针都指向一个打开的文件的file结构体，而 文件描述符就fd是是 该指针数组的下标。
  • 注意：进程运行的时候默认把 标准输入，标准输出，标准错误 打开， 占用了fd0，1，2位 ，为了让程序员默认进行输入输出代码编写（0,1,2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器）
  • files_struct结构体中有一块区域

在这里插入图片描述

最低0.47元/天 解锁文章
Linux下FILE*结构体
Code Writers
01-03 659
(2)ANSI标准C库函数是建立在底层的系统调用之上，即C函数库文件访问函数的实现中使用了低级文件I/O系统调用，ANSI标准C库中的文件处理函数为了减少使用系统调用的次数，提高效率，采用缓冲机制，这样，可以在磁盘文件进行操作时，可以一次从文件中读出大量的数据到缓冲区中，以后对这部分的访问就不需要再使用系统调用了，即需要少量的CPU状态切换，提高了效率。因为标准I/O库每行的缓冲区长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，即使还没有遇到换行符，也会执行I/O系统调用操作，默认行缓冲区的大小为1024。
linux内核file结构
love coding
02-27 2021
linux内核中file结构体并不是物理上存在于硬盘上的，而是用于描述进程与文件的关系和操作的。每当进程打开一个文件的时候，linux内核就会建立一个file结构体，而task_struct里的指向file的链表就会添加一个已经打开的文件。 文件定义在include/linux/fs.h，定义如下，为了方便观看，直接在代码里以注释格式解析。。 struct file { /* * fu_
基础IO（fd与FILE结构体 ）
xiaodu655的博客
03-31 1475
练习open/read/write/close等文件相关系统调用接口，纵向对比fd与FILE结构体 对之前编写的自主shell进行修改，使其支持输入/输出/追加重定向 <1>.open函数： 函数原型： int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int f...
file结构体和inode结构体
03-28
（1）struct file结构体定义在include/linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码中，struct file的指针通常被命名为file或filp。如下所示
文件结构体struct file(Linux 2.6.23内核) （转）
O1O1O1o的专栏
08-21 1335
文件结构体struct file(Linux 2.6.23内核) （转） 来源: ChinaUnix博客 　日期：2008.08.19 19:49　(共
Linux中的file结构体解析
Delete&_all的博客
02-20 4365
Linux–struct file结构体struct file（file结构体）： struct file结构体定义在include/linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的 struct file。 它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建和
Linux进程管理（二）进程描述符task_struct
weixin_44555799的博客
09-30 1151
本文linux内核版本5.10.226（只要是linux5.10.x就行，基本不会有大的出入），结构体struct task_struct定义在 include/linux/sched.h，长达732行，可见描述一个任务的复杂度之大。
Linux内核学习4——打印进程描述符task_struct中的字段
weixin_45730790的博客
11-20 2763
我们来动手实践打印进程描述符task_struct中的字段 这里采用的方式是：插入内核模块，使用的方法是：遍历进程链表 一、task_struct初步解读 首先要下载自己的源代码，可以参考我之前的博客https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45730790/article/details/121294180?spm=1001.2014.3001.5501 可以使用bootlin在线查看源代码 在include文件的目录下打开头文件。task_struct结构位于sched.h头文件中。/i
linux 内核task_struct 源码分析与解析(整合配图）
weixin_38371073的博客
03-04 3588
文章目录进程状态0. 进程标志符1. 运行状态2. 进程标记任务状态1. 任务终止2.ABI处理3.execve4.io等待进程内核栈地址内核栈布局进程调度1.优先级2. 调度策略3. 进程调度调度器调度器策略实体调度器、策略、调度实体关系4. 就绪队列5. 其它信息进程地址空间进程描述符mm_struct核心分析（mm_struct图解进程亲属关系时间与定时器1. 时间2. 定时器定时器分类信号处理文件系统Ptrace1. ptrace 标志2.ptrace 任务列表 进程控制块（Processing C
Linux中task_struct结构体分析
m0_46161993的博客
11-08 1038
所在文件 task_struct结构体位于内核文件/include/linux/sched.h中。 分析 去GitHub上查看源码中的该结构体，分析如下： struct task_struct { /* * 进程状态。 */ volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ /* * 进程的基本信息。 */ struct thread_info *thread_info; atomic_t usa
Linux FILE结构体
阿渌的博客札记
08-24 586
FILE结构体 struct file { 　　 …　 atomic_t f_count; //文件的引用计数(有多少进程打开该文件) unsigned int f_flags; //对应于open时指定的flag mode_t f_mode; //读写模式：open的mod_t mode参数 off_t f_pos; //该文件在当前进程中的文件偏移量 unsigned int f_uid, f_gid; //文件所有者id，所有组id const struct file_operations *f_op
Linux file结构体
qq_32632659的博客
02-20 1207
Linux--struct file结构体 struct file（file结构体）： 　　struct file结构体定义在include/linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的 struct file。 它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建
linux file 结构体,FILE 结构体
weixin_42376589的博客
05-14 1763
C语言中FILE 结构体1、FILE 是 C语言文件结构定义， 打开文件和文件操作要用到这类结构。可以看成变量类型,用于变量声明。这个是一种数据结构类型，用来表示一个文件的相关信息，如果定义了一个文件指针，就用这个指针来指向某个文件，然后就能使用这个指针对文件来进行操作了。2、FILE在"stdio.h"中有如下定义：struct_iobuf{char*_ptr;//文件输入的下一个位置i...
Linux下的FILE*结构体
热门推荐
rushing的博客
05-08 1万+
FILE*结构体解析
Linux文件系统 struct file 结构体解析
小立仔
10-16 4667
Linux文件系统 struct file 结构体解析
Linux struct file结构
holly的专栏
11-15 1万+
struct file
Linux File 结构说明
大方的专栏
04-14 1049
<br />http://fxr.watson.org/fxr/source/include/linux/fs.h?v=linux-2.4.22#L563<br /> <br />struct file {<br />564         struct list_head        f_list;<br />565         struct dentry           *f_dentry;<br />566         struct vfsmount         *f_vfsmnt;
linux中什么是文件结构体？
hbcbgcx的博客
06-14 594
https://www.cnblogs.com/jfyl1573/p/6477128.html struct file结构体定义在include/linux/fs.h中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的 struct file。它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建和驱...
linux c FILE结构体
liuguxing的专栏
08-14 4623
linux c FILE结构体定义： /usr/include/libio.h struct _IO_FILE { int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */ #define _IO_file_flags _flags /* The following pointers correspond to t
绘制一个task_struct mm_struct fs_struct files_struct signal_struct关系图
最新发布
10-27
&lt;think&gt;我们使用mermaid的graph TD语法来绘制关系图。根据提供的引用内容，我们可以总结出以下关系： 1. task_struct是进程描述符，每个进程或线程都有一个task_struct。 2. mm_struct描述进程的地址空间，一个进程的所有线程共享同一个mm_struct（引用[2]提到：创建线程时，直接将主线程task_struct中的mm域直接给了被fork出来的task_struct的mm域）。 3. fs_struct包含文件系统信息，如当前工作目录和根目录。 4. files_struct包含该进程打开的文件信息。 5. signal_struct用于处理信号。 关系： - task_struct中包含指向mm_struct的指针（mm域） - task_struct中包含指向fs_struct的指针（fs域） - task_struct中包含指向files_struct的指针（files域） - task_struct中包含指向signal_struct的指针（signal域） 注意：在Linux内核中，这些结构体之间的关系是包含关系（指针）。此外，对于多线程进程，多个task_struct可能共享同一个mm_struct, fs_struct, files_struct和signal_struct。 因此，我们可以绘制如下关系图： &lt;/think&gt;根据Linux内核进程管理的相关知识，我将绘制`task_struct`与其他关键结构体的关系图。关系图使用Mermaid语法表示，清晰展示进程描述符的内部关联： ```mermaid graph TD A[task_struct] --&gt;|包含指针| B(mm_struct) A --&gt;|包含指针| C(fs_struct) A --&gt;|包含指针| D(files_struct) A --&gt;|包含指针| E(signal_struct) B --&gt;|描述| F[进程地址空间] C --&gt;|描述| G[文件系统信息] D --&gt;|描述| H[打开文件表] E --&gt;|描述| I[信号处理] style A fill:#f9f,stroke:#333 style B fill:#cff,stroke:#333 style C fill:#cfc,stroke:#333 style D fill:#fcc,stroke:#333 style E fill:#ffc,stroke:#333 ``` ### 关系解析： 1. **核心结构** `task_struct`是进程描述符（包含进程所有信息），直接包含指向其他四个结构体的指针： - `mm_struct`：进程地址空间管理（虚拟内存映射、堆栈等）[^2][^3] - `fs_struct`：文件系统信息（根目录/当前工作目录等） - `files_struct`：打开文件表（文件描述符数组） - `signal_struct`：信号处理配置（信号处理函数、阻塞信号集等） 2. **共享机制** 多线程进程中，所有线程共享同一个： - `mm_struct`（地址空间） - `fs_struct`（文件系统视图） - `files_struct`（打开文件表） - `signal_struct`（信号处理设置） 通过`clone()`创建线程时复用父线程的这些结构[^2] 3. **关键字段示例** ```c struct task_struct { struct mm_struct *mm; // 内存描述符 struct fs_struct *fs; // 文件系统信息 struct files_struct *files; // 打开文件表 struct signal_struct *signal; // 信号处理器 // ... 其他300+字段 }; ``` ### 绘制工具建议： 1. **文本绘图** 使用支持Mermaid的工具： - VS Code + Mermaid插件 - Markdown编辑器（Typora等） - 在线编辑器：mermaid.live 2. **可视化工具** - Draw.io（选择Entity Relationship模板） - PlantUML（使用composition语法） &gt; 图注说明：实线箭头表示**直接包含关系**，虚线框表示**共享结构体**的边界范围[^2]。
评论 4
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

YY的秘密代码小屋

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付：¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足，请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值