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深入了解linux系统—— 操作系统的路径缓冲与链接机制

星夢妙者

发布： 2025-07-06 08:24:16

原创

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在之前的探索中，我们已经掌握了文件的打开与管理机制，以及磁盘和ext2文件系统的存储方式。

那么问题来了，当我们想要打开一个文件时，操作系统是如何找到它的呢？这背后又隐藏着怎样的查找逻辑？

1. 目录与文件名的秘密

文件名并不直接作为属性保存在inode中。在一个分区内部，通过inode编号即可唯一确定一个文件。然而在日常操作中，我们总是通过文件名来访问文件，而非使用inode编号。

那目录是否也是一种文件呢？

深入了解linux系统—— 操作系统的路径缓冲与链接机制

查看后可以发现目录同样拥有自己的inode值，这说明目录本质上也是一种文件。

既然文件 = 属性 + 内容，那么目录的内容究竟是什么？

答案是：目录的内容是由一组文件名和对应的inode号构成的映射表。当我们要访问某个文件时，必须先打开当前工作目录，从中查找出目标文件名所对应的inode编号，才能进一步访问该文件。

因此，访问任何文件都离不开当前工作目录的支持，也就是需要打开并读取目录文件的内容以获取目标文件的inode信息。

2. 路径解析过程

为了访问当前工作目录下的文件，我们需要先打开当前目录，并读取其内容。

但如何获得当前目录的inode编号呢？

这就需要向上查找它的父目录，再从父目录中查找当前目录的inode。而要访问父目录，又需要知道父目录的inode，继续向上追溯，直到根目录/为止。

每个进程都有一个CWD（Current Working Directory）字段记录当前工作路径。在调用open函数打开指定路径的文件时，也必须提供完整的路径信息。

因此，访问文件的本质是通过路径中的目录结构逐级查找，最终定位到目标文件的inode。

3. 路径缓存机制

虽然文件实际存储在磁盘上，但在Linux系统中，内核维护了一种树状结构体：struct dentry，用于表示路径缓存。

struct dentry {    
    atomic_t d_count;    
    unsigned int d_flags; 
    spinlock_t d_lock;    
    struct inode *d_inode;  
    struct hlist_node d_hash;   
    struct dentry *d_parent;    
    struct qstr d_name;         
    struct list_head d_lru;     
    union {        
        struct list_head d_child;       
        struct rcu_head d_rcu;    
    } d_u;    
    struct list_head d_subdirs;  
    struct list_head d_alias;    
    unsigned long d_time;        
    struct dentry_operations *d_op;    
    struct super_block *d_sb;      
    void *d_fsdata;                
#ifdef CONFIG_PROFILING    
    struct dcookie_struct *d_cookie;  
#endif    
    int d_mounted;    
    unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN]; 
};

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每一个文件都有对应的dentry结构，普通文件也不例外。这些dentry节点共同构成了内存中的路径树形结构。