linux内核之文件系统

转 linux内核之文件系统（二）

通过open，close与read系统调用，让我们深入内核级。
用户进程通过函数open(char_user *filename,flags,mode)进行系统调用。系统调用表调用sys_open(filename,flas,mode)系统调用。主要完成的功能就是找到inode和dentry，然后创建file结构，从进程的文件描述符数组中找出空闲的文件描述符指向这个file结构。
具体流程：
    1.tmp=getname(filename)这个是调用strncpy_from_user()将用户空间复制到内核空间。
    2.fd=get_unused_fd()从进程自己的文件描述符数组中获得一个空闲的文件描述符，并将其标记为忙。遵循最小可用原则，也就是说取最小下标的空闲文件描述符。
    3.f=filp_open(tmp,flags,mode)这是主要的步骤。完成了open系统调用的主要功能。返回file结构体的指针，也就是说创建了一个file结构。
    4.fd_install(fd,f)将fd指向了f。也就是说让文件描述符指向了file结构。
    5.putname(tmp)释放存放文件名的tmp的内核空间。
    6.return fd;系统调用sys_open返回fd.
总的说来，就是获取文件描述符fd，创建file结构，将fd指向file结构，释放为文件名建立的内核空间tmp，返回文件描述符fd。
其中第三步f=filp_open(tmp,flags,mode)的步骤为：找到inode，创建file结构，返回文件结构指针f。具体如下：
    1)open_namei(filename,namei_flags,mode,&nd)完成路径名的查找，生成nameidata结构，并获得相应的inode，将inode信息放入nd中。
    2）如果inode存在，那么return dentry_open(nd.dentry,nd.mnt,flags)创建并初始化file结构f，并返回。文件结构中有一项为f_dentry指向dentry，dentry中也有一项指向inode结点。

对于close系统调用，对于C程序来说，一般是程序终止时隐式调用的。
系统调用sys_close(fd)的主要功能为先判断fd是否合法，如果合法，则释放文件描述符数组中的该文件描述符，置为闲置，然后销毁file结构体。
具体步骤如下：
    1.spin_lock(&files->file_lock)这是对进程的文件描述符数组上锁。此处files是current->files。
    2.判断fd是否大于files->max_fds，也就是判断fd有没有超过数组中的已分配的文件描述符的最大值，如果超过了，说明不合法。
    3.如果第2步判断fd是有效的，则保存filp=files->fd[fd]。
    4.接着files->fd[fd]=NULL释放文件描述符数组中的指向file结构的指针。
    5.清除files->close_on_exec中的fd。这是因为files->close_on_exec记录了哪些fd需要在关闭时清除，已经清除了，自然要从这个标记需要清除的地方消去了。
    6._put_unused_fd(files,fd)再将文件描述符数组的该位置置为可用。并判断一下这个fd是不是小于原本要分配的fd，如果小于，则将next->fd置为刚刚释放的fd。
    7.spin_unlock()对文件描述符数组解锁。
    8.return filp_close(filp,files).释放file结构本身。这是close系统调用的核心部分，完成主要的工作。



read()调用系统调用sys_read(fd,buf,count)
sys_read具体步骤如下：
    1.file *file=fget_light(fd,&fput_needed)从文件描述符获取file结构指针。并将file结构中的count加1.其实具体有没有加1，是反应在fput_needed中的。因为有些是同一个进程多次读，这里就是没有加1的。后面与其成对出现的fput_light(file,fput_needed)通过从fget_light获取的fput_needed可以看出原来有没有加1，如果加了1，那么读完成后的fput_light就应该减1，如果当时没有加1，那么结束时也不用减1。
    2. ret=vfs_read(file,buf,count,&file->f_pos)这里调用了vfs接口，新加入的参数&file->f_pos是文件结构中记录进程对当前文件操作到的位置。
    3. fput_light(file,fput_needed).用于对文件结构的count减1，如果必要的话。
    4. return.
其中第2步的vfs调用是核心部分，完成读取的功能。具体如下：
    1）inode *inode=file->f_dentry->d_inode.将文件的inode指针保存下来。
        2）检查file->f_op->read或者file->f_op->aio_read是否被赋值了，如果没有赋值，则返回错误，表明文件描述符指向的这个文件结构是不支持读操作的，也就是不能读这个文件。
        3）检查要读的区域是否上锁，文件是否被授权了读。如果否，则通知父目录。
        4）如果file->f_op->read存在，那么
        file->f_op->read(file,buf,count,pos)
       否则
                do_sync_read(file,buf,count,pos)
           如果没有成功，则通知父目录。
       file->f_op->read是一个指针，指向了具体文件系统提供的读操作的内容，但是有些，比如ext2的读操作是接受linux默认值的，所以这里file->f_op->read调用的是generic_file_read()。其他的某些操作，如果不接受linux默认，则在file_operations表中的对应指针指向自己特定的操作即可。