Directory entry
dentry是用来记录具体的文件名与对应的inode间的对应关系的，同时可以用来实现硬链接、缓存、多级目录等树状文件系统的特性。VFS的dentry设计上就是为了实现整个文件系统树状层次结构的，每个文件系统拥有一个没有父dentry的根目录（root dentry），这个dentry会被superblock引用，用来作为进行树形结构的查找入口。其余的所有dentry都是有唯一的父dentry，并可以由若干个孩子dentry。示例：对于一个文件"/home/user/a”，会存在“/”、“home”、“user”、“a”四个dentry，依次构成父子关系，每个dentry也都有一个inode与之关联，存储了具体的数据。
dentry没有在磁盘等底层持久化存储设备上存储，是一个动态创建的内存数据结构，主要是为了构建出树状组织结构而设计，用来进行文件、目录的查找。dentry创建之后会被操作系统进行缓存，目的是为了提升对文件系统进行操作的性能。dentry的结构如下示意，具体定义于“<linux/dcache.h>”。
其中最重要的有两个字段，一个是d_inode指针指向了当前dentry关联的inode。另一个就是d_op字段，指向了一系列dentry支持的操作的集合。典型的dentry支持的操作集合如下：
struct dentry_operations { int (*d_revalidate)(struct dentry *, int); 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 *); }; |
dentry在需要使用时动态创建，并会被缓存。每个dentry有三种状态：
used：与一个inode关联，正处于被VFS使用的状态，不能被损坏和丢弃
unused：与inode关联，但处于被缓存状态，没有被VFS使用
negative：没有与具体的inode关联（相当于是一个无效的路径）
dentry由于会被动态创建，为了提升系统性能，设计了一个dentry cache进行缓存，包括三个部分：
used dentries 链表：记录每个正在使用的dentry，将其关联的inode的i_dentry字段指向的dentry链表连接起来形成一个dentry链表的链表
LRU双向环链表：用于维护unused和negative状态的dentry对象，从头部插入，离头部越近就是最近访问过的。当需要删除dentry时，从队列尾部删除最旧的dentry
hash table和hash function：用来快速查询一个给定的路径到dentry对象
File
文件对象是打开一个具体文件之后创建的一个内存数据结构，与具体的进程和用户相联系。一个文件对象包括的内容就是编程语言支持设置的各种文件打开的flag、mode，文件名称、当前的偏移等，其中非常重要的一个字段就是f_op，指向了当前文件所支持的操作集合。
struct file { struct dentry *f_dentry; struct vfsmount *f_vfsmnt; struct file_operations *f_op; mode_t f_mode; loff_t f_pos; struct fown_struct f_owner; unsigned int f_uid, f_gid; unsigned long f_version; ... } |
基本的操作集合如下，这也是使用应用程序可感知到的一系列接口。
struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, char *, size_t, loff_t); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const char *, size_t, loff_t); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); }; |
VFS抽象组件间的关系
从用户角度来看VFS的时候，可以通过下图很容易的理解各个抽象组件间的协作关系：
每个打开的文件对用户来说有一个文件描述符，也就是VFS抽象的file object。file object指向一个dentry，dentry指向新的dentry或一个inode，inode最终代表了一个具体存储设备上的数据。
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