Linux 的虚拟文件系统（真正理解“一切皆文件”)
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如图5所示，被Linux支持的文件系统，都有且仅有一个file_system_type结构而不管它有零个或多个实例被安装到系统 中。每安装一个文件系统，就对应有一个超级块和安装点。超级块通过它的一个域s_type指向其对应的具体的文件系统类型。具体的 文件系统通过file_system_type中的一个域fs_supers链接具有同一种文件类型的超级块。同一种文件系统类型的超级块通过域s_instances链 接。 图5. 超级块、安装点和具体的文件系统的关系  从图6可知：进程通过task_struct中的一个域files_struct files来了解它当前所打开的文件对象;而我们通常所说的文件 描述符其实是进程打开的文件对象数组的索引值。文件对象通过域f_dentry找到它对应的dentry对象，再由dentry对象的域d_inode找 到它对应的索引结点，这样就建立了文件对象与实际的物理文件的关联。最后，还有一点很重要的是, 文件对象所对应的文件操作函数 列表是通过索引结点的域i_fop得到的。图6对第三部分源码的理解起到很大的作用。 图6. 进程与超级块、文件、索引结点、目录项的关系  3 基于VFS的文件I/O 到目前为止，文章主要都是从理论上来讲述VFS的运行机制;接下来我们将深入源代码层中，通过阐述两个具有代表性的系统 调用sys_open()和sys_read()来更好地理解VFS向具体文件系统提供的接口机制。由于本文更关注的是文件操作的整个流程体制，所以我 们在追踪源代码时，对一些细节性的处理不予关心。又由于篇幅所限，只列出相关代码。本文中的源代码来自于linux-2.6.17内核版本。 在深入sys_open()和sys_read()之前，我们先概览下调用sys_read()的上下文。图7描述了从用户空间的read()调用到数据从 磁盘读出的整个流程。当在用户应用程序调用文件I/O read()操作时，系统调用sys_read()被激发，sys_read()找到文件所在的具体文件 系统，把控制权传给该文件系统，最后由具体文件系统与物理介质交互，从介质中读出数据。 图7. 从物理介质读数据的过程  3.1 sys_open() sys_open()系统调用打开或创建一个文件，成功返回该文件的文件描述符。图8是sys_open()实现代码中主要的函数调用关系图。 图8. sys_open函数调用关系图  由于sys_open()的代码量大，函数调用关系复杂，以下主要是对该函数做整体的解析;而对其中的一些关键点，则列出其关键代码。 a. 从sys_open()的函数调用关系图可以看到，sys_open()在做了一些简单的参数检验后，就把接力棒传给do_sys_open()： 1)、首先，get_unused_fd()得到一个可用的文件描述符;通过该函数，可知文件描述符实质是进程打开文件列表中对应某个文件对象的索引值; 2)、接着，do_filp_open()打开文件，返回一个file对象，代表由该进程打开的一个文件;进程通过这样的一个数据结构对物理文件进行读写操作。 3)、最后，fd_install()建立文件描述符与file对象的联系，以后进程对文件的读写都是通过操纵该文件描述符而进行。 b. do_filp_open()用于打开文件，返回一个file对象;而打开之前需要先找到该文件： 1)、open_namei()用于根据文件路径名查找文件，借助一个持有路径信息的数据结构nameidata而进行; 2)、查找结束后将填充有路径信息的nameidata返回给接下来的函数nameidata_to_filp()从而得到最终的file对象;当达到目的后，nameidata这个数据结构将会马上被释放。 c.open_namei()用于查找一个文件： 1)、path_lookup_open()实现文件的查找功能;要打开的文件若不存在，还需要有一个新建的过程，则调用 path_lookup_create()，后者和前者封装的是同一个实际的路径查找函数，只是参数不一样，使它们在处理细节上有所偏差; 2)、当是以新建文件的方式打开文件时，即设置了O_CREAT标识时需要创建一个新的索引节点，代表创建一个文件。在vfs_create()里的一句 核心语句dir->i_op->create(dir, dentry, mode, nd)可知它调用了具体的文件系统所提供的创建索引节点的方法。注意：这边的索引节点的概念，还只是位于内存之中，它和磁盘上的物理的索引节点的关系就像 位于内存中和位于磁盘中的文件一样。此时新建的索引节点还不能完全标志一个物理文件的成功创建，只有当把索引节点回写到磁盘上才是一个物理文件的真正创 建。想想我们以新建的方式打开一个文件，对其读写但最终没有保存而关闭，则位于内存中的索引节点会经历从新建到消失的过程，而磁盘却始终不知道有人曾经想 过创建一个文件，这是因为索引节点没有回写的缘故。 3)、path_to_nameidata()填充nameidata数据结构; （编辑：晋中站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |