file_operations流程跟踪

file_operations流程跟踪

 

术语
描述符：其实就是结构体

 

在linux可以把设备看作文件并提供了和文件一样的统一的访问接口，相信大家已经有了一
点的了解，其底层对设备的不同操作主要是由file_operations描述符来控制，其封装了各
种设备的操作方法，如：open\read\write\ioctl等等。

linux中每个文件或目录都对一个名为inode的结构体，其中有一个字段i_fop就是存储文件
的操作方法file_operations实例对象。以下我们将对文件的file_operations如何赋值给
inode->i_fop进行一个简单的跟踪。

linux中，支持很多的文件系统，每个文件系统使用之前都必须要先注册，其注册的过程大
体一致，以下我们将以ext3文件系统为例跟踪file_operations的注册过程。

在文件系统的初始化阶段调用register_filesystem(&ext3_fs_type)函数将以下结构：

 static struct file_system_type ext3_fs_type = {
 .owner  = THIS_MODULE,
 .name  = "ext3",
 .get_sb  = ext3_get_sb,
 .kill_sb = kill_block_super,
 .fs_flags = FS_REQUIRES_DEV,
};

注册到全局链表file_systems(fs/filesystems.c)中。
其中函数指针get_sb在超级块全局链表super_blocks(fs/super.c)中查找文件系统对应的超级
块描述符并返回，如果没有则创建新的描述符。

当get_sb函数指针被调用，触发ext3_fill_super(fs/ext3/super.c其为get_sb参数之一的函数
指针)函数调用ext3_iget返回超级块所对应的文件系统的根目录的inode，并根据inode->i_mode
来判断文件类型赋予相应的操作，源代码(fs/ext3/inode.c)如下：

 if (S_ISREG(inode->i_mode)) {    
  inode->i_op = &ext3_file_inode_operations;
  inode->i_fop = &ext3_file_operations;
  ext3_set_aops(inode);
 } else if (S_ISDIR(inode->i_mode)) {
  inode->i_op = &ext3_dir_inode_operations;
  inode->i_fop = &ext3_dir_operations;
 } else if (S_ISLNK(inode->i_mode)) {
  if (ext3_inode_is_fast_symlink(inode)) {
   inode->i_op = &ext3_fast_symlink_inode_operations;
   nd_terminate_link(ei->i_data, inode->i_size,
    sizeof(ei->i_data) - 1);
  } else {
   inode->i_op = &ext3_symlink_inode_operations;
   ext3_set_aops(inode);
  }
 } else {
  inode->i_op = &ext3_special_inode_operations;
  if (raw_inode->i_block[0])
   init_special_inode(inode, inode->i_mode,
      old_decode_dev(le32_to_cpu(raw_inode->i_block[0])));
  else
   init_special_inode(inode, inode->i_mode,
      new_decode_dev(le32_to_cpu(raw_inode->i_block[1])));
 }

在此，我主要讲解对init_special_inode的跟踪，其他函数希望感兴趣的读者自己跟踪。
在对 init_special_inode进行跟踪之前先来说明一下linux的文件路径名查找，当要对
某个索引节点进行处理时，代码首先检查路径名中与第一个名字匹配的目录项，以获得
相应的索引节点。然后，从磁盘读出包含那个索引节点的目录文件，并检查与第二个名
字匹配的目录项，以获得相应的索引节点。对于包含在路径中的每个名字，这个过程反
复执行。那么，当要创建新文件(创建新inode)的时，系统调用其父inode的方法来创建
子inode的。
顾名思义，init_special_inode函数的作用就是初始化特殊的inode，先不多说，看下
面的源码(fs/inode.c)：

void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev)
{
 inode->i_mode = mode;
 if (S_ISCHR(mode)) {
  inode->i_fop = &def_chr_fops;
  inode->i_rdev = rdev;
 } else if (S_ISBLK(mode)) {
  inode->i_fop = &def_blk_fops;
  inode->i_rdev = rdev;
 } else if (S_ISFIFO(mode))
  inode->i_fop = &def_fifo_fops;
 else if (S_ISSOCK(mode))
  inode->i_fop = &bad_sock_fops;
 else
  printk(KERN_DEBUG "init_special_inode: bogus i_mode (%o) for"
      " inode %s:%lu\n", mode, inode->i_sb->s_id,
      inode->i_ino);
}

根据上面代码可以得出，init_special_inode对字符设备文件、块设备文件、管道文件、网
络设备文件进行处理，分别赋予inode中的file_operations变量def_chr_fops\def_blk_fops\
def_fifo_fops\bad_sock_fops。

def_chr_fops，fs/char_dev.c文件中的全局变量，源码如下：

const struct file_operations def_chr_fops = {
 .open = chrdev_open,
};

chrdev_open，定义在同文件下，其调用了kobj_lookup函数在cdev_map链表中查找对应的
struct kobj_map对象。
现在我们反过来看驱动，在fs/char_dev.c文件中维护了一个struct kobj_map类型的链表cdev_map，
当注册字符设备时file_operations对象被添加到cdev描述符中，添加设备的时候调用kobj_map(
drivers/base/map.c)其最后一个参数为void×类型，传递cdev对象给kobj_map对象。

以上只是一个简单的对file_operations描述符的跟踪，基本上描述了字符设备的这一过程，由于
时间的关系以上的细节描述得不是很详细，而且也没有完全跟踪，希望有兴趣的读者能够自己跟踪。

(注：以上文章仅供参考。由于水平有限，如有问题还请谅解。
     基于2.6.32的内核)。