Linux 內核 VFS 層文件與設備操作流程深度剖析：以 ext3 為例

核心數據結構關係圖

struct file (進程私有)
    → f_dentry → struct dentry (目錄項緩存)
        → d_inode → struct inode (索引節點)
            → i_sb → struct super_block (超級塊)
                → s_op → super_operations (文件系統方法集)
            → i_fop → file_operations (文件操作方法集)
            → i_op  → inode_operations (索引節點操作集)

打開流程關鍵路徑

1. sys_open → filp_open → do_filp_open
2. open_namei → path_lookup → link_path_walk → do_lookup → real_lookup
3. ext3_lookup → ext3_find_entry → iget → ext3_read_inode
4. ext3_read_inode 根據 inode 類型賦值 i_fop/i_op：
   • 普通文件：ext3_file_operations（open 為 generic_file_open 空實現）
   • 目錄：ext3_dir_operations
   • 符號鏈接：ext3_symlink_operations
   • 設備文件：init_special_inode → def_chr_fops/def_blk_fops
5. nameidata_to_filp → __dentry_open 動態分配 struct file，複製 inode->i_fop 到 file->f_op
6. 調用 file->f_op->open（若存在）

設備驅動掛接機制

字符設備 open 入口為 chrdev_open，其核心邏輯：

1. 從 inode->i_cdev 或 kobj_lookup 找到 struct cdev
2. filp->f_op = fops_get(cdev->ops) 替換為驅動註冊的 file_operations
3. 調用驅動自己的 open 方法

超級塊註冊時機

register_filesystem(&ext3_fs_type) 註冊 get_sb = ext3_get_sb → 掛載時 vfs_kern_mount → ext3_get_sb → get_sb_bdev(ext3_fill_super) → ext3_fill_super 中 sb->s_op = &ext3_sops 完成掛鉤。

關鍵區別總結