Linux 2.6内核新文件系统变化--- inotify --一种文件系统的变化通知机制

、内核实现机理

　　在内核中，每一个 inotify 实例对应一个 inotify_device 结构：

  
struct inotify_device {  
        wait_queue_head_t       wq;             /* wait queue for i/o */  
        struct idr              idr;            /* idr mapping wd -> watch */  
        struct semaphore        sem;            /* protects this bad boy */  
        struct list_head        events;         /* list of queued events */  
        struct list_head        watches;        /* list of watches */  
        atomic_t                count;          /* reference count */  
        struct user_struct      *user;          /* user who opened this dev */  
        unsigned int            queue_size;     /* size of the queue (bytes) */  
        unsigned int            event_count;    /* number of pending events */  
        unsigned int            max_events;     /* maximum number of events */  
        u32                     last_wd;        /* the last wd allocated */  
};  

　　wq 是等待队列，被 read 调用阻塞的进程将挂在该等待队列上，idr 用于把 watch 描述符映射到对应的 inotify_watch，sem 用于同步对该结构的访问，events 为该 inotify 实例上发生的事件的列表，被该 inotify 实例监视的所有事件在发生后都将插入到这个列表，watches 是给 inotify 实例监视的 watch 列表，inotify_add_watch 将把新添加的 watch 插入到该列表，count 是引用计数，user 用于描述创建该 inotify 实例的用户，queue_size 表示该 inotify 实例的事件队列的字节数，event_count 是 events 列表的事件数，max_events 为最大允许的事件数，last_wd 是上次分配的 watch 描述符。

　　每一个 watch 对应一个 inotify_watch 结构：

  
struct inotify_watch {  
        struct list_head        d_list; /* entry in inotify_device’s list */  
        struct list_head        i_list; /* entry in inode’s list */  
        atomic_t                count;  /* reference count */  
        struct inotify_device   *dev;   /* associated device */  
        struct inode            *inode; /* associated inode */  
        s32                     wd;     /* watch descriptor */  
        u32                     mask;   /* event mask for this watch */  
};  

　　d_list 指向所有 inotify_device 组成的列表的，i_list 指向所有被监视 inode 组成的列表，count 是引用计数，dev 指向该 watch 所在的 inotify 实例对应的 inotify_device 结构，inode 指向该 watch 要监视的 inode，wd 是分配给该 watch 的描述符，mask 是该 watch 的事件掩码，表示它对哪些文件系统事件感兴趣。

　　结构 inotify_device 在用户态调用 inotify_init() 时创建，当关闭 inotify_init()返回的文件描述符时将被释放。结构 inotify_watch 在用户态调用 inotify_add_watch()时创建，在用户态调用 inotify_rm_watch() 或 close(fd) 时被释放。

　　无论是目录还是文件，在内核中都对应一个 inode 结构，inotify 系统在 inode 结构中增加了两个字段：

  
#ifdef CONFIG_INOTIFY  
 struct list_head inotify_watches; /* watches on this inode */  
 struct semaphore inotify_sem; /* protects the watches list */  
#endif  

　　inotify_watches 是在被监视目标上的 watch 列表，每当用户调用 inotify_add_watch()时，内核就为添加的 watch 创建一个 inotify_watch 结构，并把它插入到被监视目标对应的 inode 的 inotify_watches 列表。inotify_sem 用于同步对 inotify_watches 列表的访问。当文件系统发生第一部分提到的事件之一时，相应的文件系统代码将显示调用fsnotify_* 来把相应的事件报告给 inotify 系统，其中*号就是相应的事件名，目前实现包括：

• fsnotify_move，文件从一个目录移动到另一个目录
• fsnotify_nameremove，文件从目录中删除
• fsnotify_inoderemove，自删除
• fsnotify_create，创建新文件
• fsnotify_mkdir，创建新目录
• fsnotify_access，文件被读
• fsnotify_modify，文件被写
• fsnotify_open，文件被打开
• fsnotify_close，文件被关闭
• fsnotify_xattr，文件的扩展属性被修改
• fsnotify_change，文件被修改或原数据被修改

　　有一个例外情况，就是 inotify_unmount_inodes，它会在文件系统被 umount 时调用来通知 umount 事件给 inotify 系统。

　　以上提到的通知函数最后都调用 inotify_inode_queue_event（inotify_unmount_inodes直接调用 inotify_dev_queue_event ），该函数首先判断对应的inode是否被监视，这通过查看 inotify_watches 列表是否为空来实现，如果发现 inode 没有被监视，什么也不做，立刻返回，反之，遍历 inotify_watches 列表，看是否当前的文件操作事件被某个 watch 监视，如果是，调用 inotify_dev_queue_event，否则，返回。函数inotify_dev_queue_event 首先判断该事件是否是上一个事件的重复，如果是就丢弃该事件并返回，否则，它判断是否 inotify 实例即 inotify_device 的事件队列是否溢出，如果溢出，产生一个溢出事件，否则产生一个当前的文件操作事件，这些事件通过kernel_event 构建，kernel_event 将创建一个 inotify_kernel_event 结构，然后把该结构插入到对应的 inotify_device 的 events 事件列表，然后唤醒等待在inotify_device 结构中的 wq 指向的等待队列。想监视文件系统事件的用户态进程在inotify 实例（即 inotify_init() 返回的文件描述符）上调用 read 时但没有事件时就挂在等待队列 wq 上。

　　四、使用示例

　　下面是一个使用 inotify 来监视文件系统事件的例子：

  
#include   
#include   
#include   

_syscall0(int, inotify_init)  
_syscall3(int, inotify_add_watch, int, fd, const char *, path, __u32, mask)  
_syscall2(int, inotify_rm_watch, int, fd, __u32, mask)  

char * monitored_files[] = {  
 "./tmp_file",  
 "./tmp_dir",  
 "/mnt/sda3/windows_file"  
};  

struct wd_name {  
 int wd;  
 char * name;  
};  

#define WD_NUM 3  
struct wd_name wd_array[WD_NUM];  

char * event_array[] = {  
 "File was accessed",  
 "File was modified",  
 "File attributes were changed",  
 "writtable file closed",  
 "Unwrittable file closed",  
 "File was opened",  
 "File was moved from X",  
 "File was moved to Y",  
 "Subfile was created",  
 "Subfile was deleted",  
 "Self was deleted",  
 "Self was moved",  
 "",  
 "Backing fs was unmounted",  
 "Event queued overflowed",  
 "File was ignored"  
};  
#define EVENT_NUM 16  
#define MAX_BUF_SIZE 1024  
   
int main(void)  
{  
 int fd;  
 int wd;  
 char buffer[1024];  
 char * offset = NULL;  
 struct inotify_event * event;  
 int len, tmp_len;  
 char strbuf[16];  
 int i = 0;  
   
 fd = inotify_init();  
 if (fd < 0) {  
  printf("Fail to initialize inotify.\n");  
  exit(-1);  
 }  

 for (i=0; i  wd_array[i].name = monitored_files[i];  
  wd = inotify_add_watch(fd, wd_array[i].name, IN_ALL_EVENTS);  
  if (wd < 0) {  
   printf("Can’t add watch for %s.\n", wd_array[i].name);  
   exit(-1);  
  }  
  wd_array[i].wd = wd;  
 }  

 while(len = read(fd, buffer, MAX_BUF_SIZE)) {  
  offset = buffer;  
  printf("Some event happens, len = %d.\n", len);  
  event = (struct inotify_event *)buffer;  
  while (((char *)event - buffer) < len) {  
   if (event->mask & IN_ISDIR) {  
    memcpy(strbuf, "Direcotory", 11);  
   }  
   else {  
    memcpy(strbuf, "File", 5);  
   }  
   printf("Object type: %s\n", strbuf);  
   for (i=0; i    if (event->wd != wd_array[i].wd) continue;  
    printf("Object name: %s\n", wd_array[i].name);  
    break;  
   }  
   printf("Event mask: %08X\n", event->mask);  
   for (i=0; i    if (event_array[i][0] == ’\0’) continue;  
    if (event->mask & (1<     printf("Event: %s\n", event_array[i]);  
    }  
   }  
   tmp_len = sizeof(struct inotify_event) + event->len;  
   event = (struct inotify_event *)(offset + tmp_len);   
   offset += tmp_len;  
  }  
 }