Linux内核file_operations结构详解

"这篇文章主要介绍了Linux内核中的文件系统结构体`file_operations`，它是Linux文件系统接口的核心组件，定义了各种与文件操作相关的函数指针。" 在Linux操作系统中，文件系统是至关重要的组成部分，它负责管理和组织磁盘上的数据，使得用户和程序能够以统一的方式访问和操作各种形式的数据。`file_operations`结构体是Linux内核文件系统实现中的一个关键概念，它定义了一组函数指针，这些函数指针对应于对文件进行的基本操作，如打开、读取、写入、关闭等。 `file_operations`结构体通常在`<linux/fs.h>`头文件中被声明，其成员包括： 1. `struct module *owner`：指向模块的指针，用于跟踪该文件操作属于哪个模块，通常设置为`THIS_MODULE`，表示当前模块。 2. `loff_t (*llseek)(struct file *, loff_t, int)`：定义了文件偏移量的改变函数，用于移动文件读写位置。 3. `ssize_t (*read)(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *)`：读取文件数据的函数指针，从文件中读取指定数量的字节到用户空间。 4. `ssize_t (*write)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)`：写入文件数据的函数指针，将用户空间的数据写入文件。 5. `ssize_t (*aio_read)(struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t)` 和 `ssize_t (*aio_write)(struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t)`：异步I/O操作的读写函数，用于非阻塞I/O。 6. `int (*readdir)(struct file *, void *, filldir_t)`：用于目录遍历的函数，通常用于`ls`等命令。 7. `unsigned int (*poll)(struct file *, struct poll_table_struct *)`：文件是否可读写的轮询函数，用于多路复用I/O（如`select`和`poll`）。 8. `int (*ioctl)(struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long)` 和 `long (*unlocked_ioctl)(struct file *, unsigned int, unsigned long)`：设备控制函数，允许用户向设备发送特定的命令。 9. `long (*compat_ioctl)(struct file *, unsigned int, unsigned long)`：64位系统向32位系统兼容的设备控制函数。 10. `int (*mmap)(struct file *, struct vm_area_struct *)`：内存映射函数，将文件内容映射到进程的虚拟地址空间。 11. `int (*open)(struct inode *, struct file *)`：文件打开函数，当一个文件被打开时调用。 除了上述基本操作，`file_operations`结构体还可能包含其他函数指针，如释放文件、改变文件权限、发送信号量等。这些函数的实现由具体文件系统（如EXT4、XFS等）或特定设备驱动提供，它们共同构成了Linux文件系统丰富的功能和灵活性。通过这个结构体，内核可以灵活地处理不同类型的文件和设备，使得各种不同的硬件和软件能够协同工作。