1. 目录项对象（dentry object）

VFS把每个目录看作一个文件，由若干子目录和文件组成。对于进程查找路径名中的每个分量，内核都为其创建一个目录项对象；目录项对象将每个分量与其对应的索引节点相联系。例如/tmp/test，内核会分别为“/”，“tmp”，“test”创建目录项。注意，目录项对象在磁盘上没有对应的映像，所以dentry中不包含判断dirty的标志。

引入目录项结构是很有必要的，因为同一个文件有且仅有一个inode对象表示，而由于硬链接的存在，对同一文件的访问可以通过不同的文件名，所以中间需要引入目录项。

1.1 目录项数据结构

struct dentry {
	atomic_t d_count;				/* 目录项对象引用计数器 */
	unsigned int d_flags;			/* 目录项高速缓存标志 */
	spinlock_t d_lock;				/* 保护目录项对象的自旋锁 */
	struct inode *d_inode;			/* 与文件名关联的索引节点 */
	struct hlist_node d_hash;		/* 指向散列表表项链表的指针 */
	struct dentry *d_parent;		/* 父目录的目录项对象 */
	struct qstr d_name;				/* 文件名 */
	struct list_head d_lru;			/* 用于未使用目录项链表的指针 */
	union {
		struct list_head d_child;	/* 对目录而言，用于同一父目录中的目录项链表的指针 */
	 	struct rcu_head d_rcu;		/* 回收目录项对象时，由RCU描述符使用 */
	} d_u;
	struct list_head d_subdirs;		/* 对目录而言，子目录项链表的头 */
	struct list_head d_alias;		/* 用于与同一索引节点（别名）相关的目录项链表的指针 */
	unsigned long d_time;			/* 由d_revalidate方法使用 */
	struct dentry_operations *d_op;	/* 目录项方法 */
	struct super_block *d_sb;		/* 文件的超级块对象 */
	void *d_fsdata;					/* 依赖于文件系统的数据 */
	struct dcookie_struct *d_cookie;/* 指向内核配置文件使用的数据结构的指针 */
	int d_mounted;					/* 对目录项而言，用于记录安装该目录项的文件系统数的计数器 */
	unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN];	/* 存放短文件名的空间 */
};

1.2 目录项的状态

• 正在使用状态：
  一个被使用的目录项对应一个有效的索引节点（d_inode指向相应的索引节点），并且该对象存在一个或多个使用者（d_count），该目录项包含有效信息，正在被使用，不能丢弃。
• 未被使用状态：
  一个未被使用的目录项对应一个有效的索引节点，但当前VFS并未使用它（d_count值为0），该目录项对象仍然指向一个有效对象，而且被保留在缓存中，以后使用它时，不必重新创建，可以加速查找。但在必要时回收内存，该内容可能被丢弃。
• 负状态：
  一个负状态的目录项对象没有对应的有效索引节点（d_inode为NULL），因为索引节点被删除或路径不正确，但是目录项仍然保留在高速缓存中，以便后续对同一文件名的查找操作能够快速完成。
• 状态切换：
  当指向相应文件的最后一个硬链接被删除后，一个“正在使用”的目录项对象可能变成“负”状态，这种情况下，该目录项对象被移到“未使用”目录项对象组成的LRU链表中。每当内核缩减目录项高速缓存时，“负”状态目录项对象就朝着LRU链表的尾部移动，这样一来，这些对象就逐渐被释放。

1.3 关键字段说明

• d_lru：
  所有“未使用状态”和“负状态”目录项对象都存放在一个“最近最少使用（Least Recently used,LRU）”的双向链表中，该链表按照插入的时间排序。最近最少使用的目录项对象总是靠近链表的尾部，一旦目录项高速缓存空间变小，内核就从链表尾部删除元素，使得最近最常使用的对象得以保留。该链表是由 dentry_unused 变量表示的全局双向链表，d_lru 字段指向该链表中的相邻元素。

• d_alias：
  每个“正在使用状态”的目录项对象都被插入一个双向链表中，该链表由索引节点对象的 i_dentry 字段指向（注意：由于每个索引节点可能与若干硬链接关联，所以需要一个链表），目录项对象的 d_alias 字段指向相邻元素的地址。

• d_hash：
  散列表由 dentry_hashtable 数组实现的。数组中每个元素是一个指向链表的指针。由于散列技术可能引发冲突，所以目录项包含 d_hash 字段指向具有相同散列值的链表中的相邻元素。散列函数产生的值是由目录项对象及文件名计算出来的。简单图示如下，行表示数组，列表示链表，其他列与第一列类似：：
  
  那么如何根据数组项和文件名得到哈希表的数组项，首先需要根据名字计算出hash值，计算方法参考下面 d_name 字段的说明，然后使用 d_hash 函数根据父目录的目录和hash值来得到相应的数组项，进而对链表实施插入遍历等操作

  /**
   * @entry: 父目录项地址
   * @inode: 根据名字结算出的hash值
   * @return:返回相应哈希表的数组项用于后面对链表的遍历插入等
   */			
  static inline struct hlist_head *d_hash(struct dentry *parent,
  				unsigned long hash)
  {
  	hash += ((unsigned long) parent ^ GOLDEN_RATIO_PRIME) / L1_CACHE_BYTES;
  	hash = hash ^ ((hash ^ GOLDEN_RATIO_PRIME) >> D_HASHBITS);
  	return dentry_hashtable + (hash & D_HASHMASK);
  }
  

• d_inode：
  每个目录项都有关联的索引节点。由于硬链接的存在，多个目录项可能指向同一索引节点。

• d_sb：
  与目录项相应的超级块对象。

• d_parent d_child d_subdirs：

  • d_parent 字段表示父目录项对象。
  • d_subdirs 子目录项链表的头。
  • d_child 字段表示同一父目录中的目录项链表的指针。所以d_child 字段指向父目录项中 d_subdirs 链表的相邻元素。
    例如tmp目录下有三个子目录，名字分别为test1，test2，test3。
    

• d_count：
  表明该目录项对象有一个或多个使用者。目录项最后一个引用被删除时 d_count 值为0。

• d_name：
  索引节点对象中并没有保存文件的名字，真正的名字保存在目录项的 d_name 字段中。d_name 也是一个结构体：

  struct qstr {
  	unsigned int hash;			/* 根据名字计算出的hash值 */
  	unsigned int len;			/* 名字的长度 */
  	const unsigned char *name;	/* 路径分量的名字 */
  };
  

  • hash：
    根据路径分量的名字计算出的hash值，具体的文件系统可能会实现自己的生成hash值得相关方法，存放在d_op 字段的d_hash字段中。相关代码如下：

    int fastcall path_lookup(const char *name, unsigned int flags, struct nameidata *nd)
    		do_path_lookup(AT_FDCWD, name, flags, nd);
    				path_walk(name, nd);
    						link_path_walk(name, nd);
    								__link_path_walk(name, nd);
    										unsigned long hash;
    										struct qstr this;
    										unsigned int c;
    										
    										/* 根据路径分量的名字生成hash */
    										this.name = name;
    										c = *(const unsigned char *)name;
    										/* #define init_name_hash()		0 */
    										hash = init_name_hash();
    										do {
    											name++;
    											hash = partial_name_hash(c, hash);
    													return (prevhash + (c << 4) + (c >> 4)) * 11;
    											c = *(const unsigned char *)name;
    										} while (c && (c != '/'));
    										this.len = name - (const char *) this.name;
    										this.hash = end_name_hash(hash);		
    												return (unsigned int) hash;		
    												
    										/* 可以使用具体文件系统定义的方法生成hash的方法 */
    										if (nd->dentry->d_op && nd->dentry->d_op->d_hash) {
    											err = nd->dentry->d_op->d_hash(nd->dentry, &this);
    											if (err < 0)
    												break;
    										}																		
    

• d_mounted：
  分配目录项对象时该字段设为0，在该目录上每安装一个文件系统计数值加1，后续可以通过目录项对象中的 d_mounted 字段判断是否进入了挂载点。

1.4 目录项操作

与目录项对象关联的方法由 dentry_operations 结构描述，由 d_op 字段指向。

struct dentry_operations {
	int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
	int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
	int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
	int (*d_delete)(struct dentry *);
	void (*d_release)(struct dentry *);
	void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
	char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
};

• d_revalidate(dentry, nameidata)：
  该函数判断目录项对象是否有效，VFS准备从dcache中使用一个目录项时，会调用该函数。大部分文件系统将该方法置为NULL，因为他们认为dcache中的目录项对象总是有效的。
• d_hash(dentry, name)：
  生成一个散列值；这是用于目录项散列表的，特定于我具体文件系统的散列函数，参数dentry标识包含路径分量的目录。参数name指向一个结构，该结构包含要查找的路径名分量以及由散列函数生成的散列值。
• d_compare(dir, name1, name2)：
  比较两个文件名。name1应该属于dir所指的目录.缺省的VFS函数是常用的字符匹配函数。对于有些文件系统，比如FAT，简单的字符串比较不能满足其需求，因为FAT文件系统不区分大小写，所以需要实现一种不区分大小写的字符串比较函数。
• d_delete(dentry)：
  当目录项对象的最后一个引用被删除时，调用该方法。缺省的VFS函数什么也不做。
• d_release(dentry)：
  当要释放一个目录项对象时，调用该方法。缺省的VFS函数什么也不做。
• d_iput(dentry, ino)：
  当一个目录项对象变为“负”状态时，调用该方法。缺省的VFS函数调用 iput() 释放索引节点对象。

1.5 分配根目录项

/**
 *	@root_inode:	用于根目录项的索引节点
 */
struct dentry * d_alloc_root(struct inode * root_inode)
		struct dentry *res = NULL;
		/* 根目录项的名字“/” */
		static const struct qstr name = { .name = "/", .len = 1 };

		res = d_alloc(NULL, &name);
				struct dentry *dentry;
				char *dname;
				
				dentry = kmem_cache_alloc(dentry_cache, GFP_KERNEL);
				dentry->d_name.name = dname;
				dentry->d_name.len = name->len;
				dentry->d_name.hash = name->hash;
				memcpy(dname, name->name, name->len);
				atomic_set(&dentry->d_count, 1);
				dentry->d_flags = DCACHE_UNHASHED;
		res->d_sb = root_inode->i_sb;
		/* 根目录项的父目录项是其本身 */
		res->d_parent = res;
		/**
		 * d_instantiate - 为目录项填充索引节点信息
		 * @entry: 目录项
		 * @inode: 与该目录项关联的索引节点
		 */		
		d_instantiate(res, root_inode);
				list_add(&entry->d_alias, &inode->i_dentry);
				entry->d_inode = inode;

标签：hash,struct,dentry,对象,数据结构,VFS,目录,name
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