2. 超级块对象：super_block 结构体详解，关键字段与生命周期

超级块（Super Block）是 Linux 虚拟文件系统（VFS）中最高层级的对象，代表一个已挂载的文件系统实例。每个挂载的文件系统（如 ext4、XFS、NFS）在内存中都有一个对应的 super_block 结构体，它承载了该文件系统的全局元数据、操作函数指针以及状态信息。理解 super_block 是掌握 inode 与 dentry 管理的前提。

2.1 super_block 核心数据结构

super_block 定义在 <linux/fs.h> 中，是一个超过 50 个字段的巨型结构体。以下按功能域分类列出最关键的字段：

2.2 super_block 生命周期：从创建到销毁

超级块的生命周期严格遵循“分配 → 填充 → 激活 → 同步 → 销毁”五个阶段。每个阶段都有对应的 VFS 回调函数介入。

1. 分配阶段（alloc_super）：VFS 调用 alloc_super() 分配 super_block 结构体内存，初始化链表头、信号量、引用计数（s_count 初始为 1）。此时超级块处于 SB_ALLOCATED 状态。
2. 填充阶段（fill_super）：具体文件系统的 fill_super() 回调被调用。该函数从磁盘读取超级块原始数据，填充 s_fs_info、s_root、s_op 等字段。若失败则回滚释放。
3. 激活阶段（sget / sb_set）：超级块被插入全局超级块链表（super_blocks），设置 SB_ACTIVE 标志。此时文件系统可被用户进程访问。
4. 同步阶段（sync_filesystem）：内核定期或主动调用 sync_filesystem()，通过 s_op->sync_fs() 将内存中的脏元数据写回磁盘。
5. 销毁阶段（kill_sb / deactivate_super）：卸载文件系统时，调用 deactivate_super() 减少引用计数。当 s_count 降为 0 时，调用 kill_sb() 释放所有资源，包括 inode 缓存、dentry 缓存和 s_fs_info。

2.3 super_block 与 inode/dentry 的关联关系

超级块是 inode 和 dentry 的“容器”和“工厂”。理解三者之间的指针链接是阅读内核源码的基础。

• 超级块 → inode：sb->s_inodes 链表串联所有属于该文件系统的 inode。每个 inode 的 i_sb_list 链表节点挂在此链表上。
• 超级块 → dentry：sb->s_dentry_lru 链表用于 dentry 的 LRU 回收。此外，sb->s_root 指向根 dentry，是路径解析的入口。
• inode → 超级块：每个 inode 的 i_sb 指针指向所属超级块，用于 inode 操作时获取文件系统上下文。
• dentry → 超级块：每个 dentry 的 d_sb 指针指向所属超级块，用于 dentry 操作时获取挂载选项。

2.4 super_block 核心关系 SVG 架构图

下图展示了超级块与 inode、dentry、块设备以及文件系统类型之间的核心关联：

2.5 关键操作函数表：super_operations

s_op 指向的 super_operations 结构体定义了文件系统在超级块层面的行为。以下是开发文件系统时必须实现的几个核心回调：

struct super_operations {
    struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
    void (*destroy_inode)(struct inode *inode);
    void (*dirty_inode)(struct inode *inode, int flags);
    int (*write_inode)(struct inode *inode, struct writeback_control *wbc);
    void (*evict_inode)(struct inode *inode);
    int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
    int (*freeze_super)(struct super_block *sb);
    int (*thaw_super)(struct super_block *sb);
    int (*statfs)(struct dentry *dentry, struct kstatfs *buf);
    int (*remount_fs)(struct super_block *sb, int *flags, char *data);
};

2.6 超级块标志位详解

s_flags 字段存储挂载时指定的选项标志，s_iflags 存储内核内部状态标志。两者共同决定超级块的运行时行为。

2.7 实战：通过 /proc 观察超级块

以下命令和代码片段演示如何在用户态和内核态获取超级块信息：

# 用户态：查看所有挂载点的超级块设备号
$ cat /proc/self/mountinfo | head -5
19 31 8:1 / / rw,relatime - ext4 /dev/sda1 rw
20 31 0:20 / /proc rw,nosuid,nodev,noexec - proc proc rw
21 31 0:21 / /sys rw,nosuid,nodev,noexec - sysfs sysfs rw

# 第一列是挂载 ID，第三列是超级块设备号（主:次）
# 8:1 对应 /dev/sda1 的超级块

// 内核模块：遍历超级块链表
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>

static void list_super_blocks(void) {
    struct super_block *sb;
    spin_lock(&sb_lock);
    list_for_each_entry(sb, &super_blocks, s_list) {
        pr_info("SB: dev=%d:%d type=%s root=%p\n",
                MAJOR(sb->s_dev), MINOR(sb->s_dev),
                sb->s_type->name, sb->s_root);
    }
    spin_unlock(&sb_lock);
}