LINUX下进程打开的文件怎么和底层磁盘关联的？

一直有个疑惑，文件是放在磁盘中的，但是操作文件却是在内存中，这两者是怎么关联的呢，虽然至今还没有找到更详细的答案，但是对linux底层数据结构进行梳理后，发现了其中的一些线索，与大家分享。

一、相关的linux数据结构

1. fd

在编程语言里面，打开一个文件一般的操作需要建立一个文件描述符fd：

int fd = open(...);

fd是一个int型，其实是一个数组的下标，前三个0，1，2被输入，输出，错误占用了

新建新的fd的时候，首先分配一个file对象，然后放到数组里面，返回这个数组的下标，就是fd了

2. file

struct file{
    file_operations *fop;
    path *f_path;
    loff_t f_pos;
}

file结构中有一个f_path指针，指向path结构，其中f_pos还保存了文件的位置

3. path

struct path{
    dentry *dentry
    ...
}

path连接着一个dentry结构

4. dentry

struct dentry{
    inode *d_inode;
    ...
}

dentry结构连接着inode结构

5. inode

struct inode{
    address_space *i_mapping;
    address_space *i_data;
}

inode结构连接着address_space结构

6. address_space

struct address_space{
    radix_tree_root page_tree;
}

page_tree是一个基树，节点中存放着page节点，page就是系统中的页，所以address_space连接着page结构。

7. page

struct page{
    void *private;
}

private指向buffer_head

8. buffer_head

struct buffer_head{
    sector_t block_nr; // 逻辑块号
    block_device *b_bdev; // 磁盘设备号
}

block_nr存放的数据的逻辑块号，通过逻辑块号，就可以和磁盘关联起来了。

9. bio

struct bio{
    bio_vec        *bi_io_vec; // 链表
    sector_t    bi_sector; // 磁盘上相关的扇区
    struct block_device *bi_bdev; // 相关的块设备
}

一个bio连接着n个bio_vec结构，用于表示page中内容的位置

10. bio_vec

struct bio_vec{
    page *bv_page; // 指向包含的页
    int bv_len; // 长度
    int bv_offset; //页中的偏移
}

11. task_struct

struct task_struct{
    struct bio *bio_list; // 指向bio的链表头
}

二、读写操作

file中的file_operations是一个操作结构，里面包含对文件的read，write等操作，所有对文件的操作，都会转移到该文件file->f_op->read/write等操作。

三、内存到磁盘的路径

linux2.6之后，使用了bio的结构来描述IO操作，由于效率的原因，所以buffer_head使用场景变少了，用bio结构描述一个读/写操作，然后使用IO调度算法进行调度。

通过以上结构体，可以得出一条线索：

fd->file->path->dentry->inode->address_space->page->buffer_head->磁盘块号

或者

task_struct->bio->磁盘块号

磁盘的IO操作都是异步的，会通过特定的条件触发把内容从内存刷新到磁盘。