内存中inode与磁盘中inode

作者：不详

来源：http://www.i170.com/user/grip2/Article_8613

在容易引起混淆的地方我将把把内存中的inode结构称为VFS inode，而文件
系统以EXT2为代表，把Ext2 inode作为磁盘上的inode代表。
首先需要分别对内存中的inode与磁盘上的inode做一下简单的描述：
<内存中的inode结构：>
   VFS inode包含文件访问权限、属主、组、大小、生成时间、访问时间、
最后修改时间等信息。它是linux管理文件系统的最基本单位，也是文件系
统连接任何子目录、文件的桥梁。inode结构中的静态信息取自物理设备上
的文件系统，由文件系统指定的函数填写，它只存在于内存中，可以通过
inode缓存访问。虽然每个文件都有相应的inode结点，但是只有在需要的时
候系统才会在内存中为其建立相应的inode数据结构，建立的inode结构将形
成一个链表，我们可以通过遍历这个链表去得到我们需要的文件结点,VFS也
为已分配的inode构造缓存和hash table，以提高系统性能。inode结构中的
struct inode_operations *iop为我们提供了一个inode操作列表，通过这个
列表提供的函数我们可以对VFS inode结点进行各种操作。每个inode结构都
有一个i结点号i_ino，在同一个文件系统中每个i结点号是唯一的。

<磁盘上的inode：>
   EXT2通过使用inode来定义文件系统的结构以及描述系统中每个文件的
管理信息，每个文件都有一个inode且只有一个，即使文件中没有数据，其
索引结点也是存在的。每个文件用一个单独的Ext2 inode结构来描述，而且
每一个inode都有唯一的标志号。Ext2 inode为内存中的inode结构提供了文
件的基本信息，随着内存中inode结构的变化，系统也将更新Ext2 inode中
相应的内容。Ext2 inode对应的是Ext2_inode结构。

从上面的描述，我们可以对内存中inode与磁盘中inode做出比较：
位置：VFS inode结构位于内存中，而Ext2_inode位于磁盘。
生存期：VFS inode在需要时才会被建立，如果系统断电，此结构也随之消失。
       而Ext2_inode的存在与系统是否上电无关，而且无论文件是否包含
       数据，Ext2_inode都是存在的。
唯一性：两者在自己的作用域中都是唯一的。
关系：VFS inode是Ext2 inode的抽象、映射与扩充，而后者是前者的静态
     信息部分，也是对前者的具体化、实例化和持久化。
操作：对VFS inode的操作具有通用性，对文件系统inode的操作则是文件系
     统相关的，依赖于特定的实现。
组织管理：系统通过VFS inode链表来对其进行组织，并且为了提高访问效率
         相应地构造了inode构造缓存和hash table。
         Ext2 inode的信息位于EXT2文件系统的划分的块组中，在每个块组
         中包含相应的inode位图、inode表指定具体的inode信息，每个
         inode对应Ext2_inode结构。


上面是从原理上对内存中inode与磁盘中inode进行比较，实际上在代码上也体
现出它们的不同。在下面我把在内核中两者对应的结构代码贴出来，虽然长了
一些，但是对进一步的比较还是很有好处。
struct inode {
struct list_headi_hash;
struct list_headi_list;
struct list_headi_dentry;

struct list_headi_dirty_buffers;

unsigned longi_ino;
atomic_ti_count;
kdev_ti_dev;
umode_ti_mode;
nlink_ti_nlink;
uid_ti_uid;
gid_ti_gid;
kdev_ti_rdev;
loff_ti_size;
time_ti_atime;
time_ti_mtime;
time_ti_ctime;
unsigned longi_blksize;
unsigned longi_blocks;
unsigned longi_version;
unsigned shorti_bytes;
struct semaphorei_sem;
struct rw_semaphorei_truncate_sem;
struct semaphorei_zombie;
struct inode_operations*i_op;
struct file_operations*i_fop;/* former ->i_op->default_file_ops */
struct super_block*i_sb;
wait_queue_head_ti_wait;
struct file_lock*i_flock;
struct address_space*i_mapping;
struct address_spacei_data;
struct dquot*i_dquot[MAXQUOTAS];
/* These three should probably be a union */
struct pipe_inode_info*i_pipe;
struct block_device*i_bdev;
struct char_device*i_cdev;

unsigned longi_dnotify_mask; /* Directory notify events */
struct dnotify_struct*i_dnotify; /* for directory notifications */

unsigned longi_state;

unsigned inti_flags;
unsigned chari_sock;

atomic_ti_writecount;
unsigned inti_attr_flags;
__u32i_generation;
union {
struct minix_inode_infominix_i;
struct ext2_inode_infoext2_i;
struct ext3_inode_infoext3_i;
struct hpfs_inode_infohpfs_i;
struct ntfs_inode_infontfs_i;
struct msdos_inode_infomsdos_i;
struct umsdos_inode_infoumsdos_i;
struct iso_inode_infoisofs_i;
struct sysv_inode_infosysv_i;
struct affs_inode_infoaffs_i;
struct ufs_inode_infoufs_i;
struct efs_inode_infoefs_i;
struct romfs_inode_inforomfs_i;
struct shmem_inode_infoshmem_i;
struct coda_inode_infocoda_i;
struct smb_inode_infosmbfs_i;
struct hfs_inode_infohfs_i;
struct adfs_inode_infoadfs_i;
struct qnx4_inode_infoqnx4_i;
struct reiserfs_inode_inforeiserfs_i;
struct bfs_inode_infobfs_i;
struct udf_inode_infoudf_i;
struct ncp_inode_infoncpfs_i;
struct proc_inode_infoproc_i;
struct socketsocket_i;
struct usbdev_inode_info        usbdev_i;
struct jffs2_inode_infojffs2_i;
void*generic_ip;
} u;
};


struct ext2_inode {
__u16i_mode;/* File mode */
__u16i_uid;/* Low 16 bits of Owner Uid */
__u32i_size;/* Size in bytes */
__u32i_atime;/* Access time */
__u32i_ctime;/* Creation time */
__u32i_mtime;/* Modification time */
__u32i_dtime;/* Deletion Time */
__u16i_gid;/* Low 16 bits of Group Id */
__u16i_links_count;/* Links count */
__u32i_blocks;/* Blocks count */
__u32i_flags;/* File flags */
union {
struct {
__u32  l_i_reserved1;
} linux1;
struct {
__u32  h_i_translator;
} hurd1;
struct {
__u32  m_i_reserved1;
} masix1;
} osd1;/* OS dependent 1 */
__u32i_block[EXT2_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */
__u32i_generation;/* File version (for NFS) */
__u32i_file_acl;/* File ACL */
__u32i_dir_acl;/* Directory ACL */
__u32i_faddr;/* Fragment address */
union {
struct {
__u8l_i_frag;/* Fragment number */
__u8l_i_fsize;/* Fragment size */
__u16i_pad1;
__u16l_i_uid_high;/* these 2 fields    */
__u16l_i_gid_high;/* were reserved2[0] */
__u32l_i_reserved2;
} linux2;
struct {
__u8h_i_frag;/* Fragment number */
__u8h_i_fsize;/* Fragment size */
__u16h_i_mode_high;
__u16h_i_uid_high;
__u16h_i_gid_high;
__u32h_i_author;
} hurd2;
struct {
__u8m_i_frag;/* Fragment number */
__u8m_i_fsize;/* Fragment size */
__u16m_pad1;
__u32m_i_reserved2[2];
} masix2;
} osd2;/* OS dependent 2 */
};

从结构的定义中可以看出来inode(VFS inode)与ext2_inode的差别是很大的，怎么说呢，
除了相同的都是不同。它们都包含动态信息和静态信息，通过union指定的内容那一定
是动态的了。inode结构中的union u实际上反映了VFS支持的文件系统。
可以看出inode结构与ext2_inode结构有些内容是相似的，如inode定义的
       unsigned longi_ino;
umode_ti_mode;
nlink_ti_nlink;
uid_ti_uid;
gid_ti_gid;
loff_ti_size;
time_ti_atime;
time_ti_mtime;
time_ti_ctime;
unsigned longi_blksize;
unsigned longi_blocks;
和ext2_inode定义的定义部分
       __u16i_mode;/* File mode */
__u16i_uid;/* Low 16 bits of Owner Uid */
__u32i_size;/* Size in bytes */
__u32i_atime;/* Access time */
__u32i_ctime;/* Creation time */
__u32i_mtime;/* Modification time */
__u32i_dtime;/* Deletion Time */
__u16i_gid;/* Low 16 bits of Group Id */
__u16i_links_count;/* Links count */
__u32i_blocks;/* Blocks count */
__u32i_flags;/* File flags */
这些都可以对应上，当然还有一些不同的地方，如inode中定义的
kdev_ti_rdev;
kdev_ti_dev;
kdev_ti_dev;
unsigned shorti_bytes;
struct semaphorei_sem;
在ext2_inode中没有体现，不过这部分对ext2_inode是没有用途而且无法确定的。
类似的，可以推广到两个结构的其余部分，最终在代码中的区别还是与原理中分析的
区别相关的，也是原理的具体体现。