深入了解linux系统—— 操作系统的路径缓冲与链接机制-小浪学习网

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];  };

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。

该结构同时属于LRU链表（最近最少使用淘汰机制）和哈希表（快速查找），使得路径查找效率大大提高。这样就形成了Linux的路径缓存体系。每次访问文件时，系统会优先在dentry树中查找，命中则返回对应inode；未命中则从磁盘加载路径信息并插入到缓存中。