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我的朋友

分类: LINUX

2012-11-29 14:35:42

目录

OPEN系统调用过程... 1

Open在内核里面的入口函数时sys_open. 1

Sys_open函数内容... 1

do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode) 2

1.      找到一个本进程没有使用的文件描述符fdint型)... 2

2.      分配一个全新的struct file结构体... 3

3.      据传人的pathname查找或建立对应的dentry. 3

4.      建立fd到这个struct file结构体的联系... 5

 

WORD里面的目录复制过来似乎不能直接用。。还是放在这里当主线看吧..

用户空间的Open函数在内核里面的入口函数是sys_open

    通过grep open /usr/include/asm/unistd_64.h查找到的

#define __NR_open                               2

__SYSCALL(__NR_open, sys_open)

    观察unistd_64.h,我们可以猜测用户空间open函数最终调用的系统调用号是2来发起的sys_open系统调用(毕竟glibc一般的做法都会做,用户空间的函数名字和内核空间中调用的很像,如果需要得到非常准确的,请查看glibc源码找到对应的系统调用号,再和内核里面的系统调用号去一一对比)。这里我们不纠结。

 

Sys_open函数内容

通过前面的Linux 编程中的API函数和系统调用的关系 我们得知,sys_open实际就是下面这个函数(fs/open.c中)

SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, umode_t, mode)

{

    long ret;

 

    if (force_o_largefile())

       flags |= O_LARGEFILE;

 

    ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);

    /* avoid REGPARM breakage on x86: */

    asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);

    return ret;

}

其中先调用force_o_largefile()来判断是否需要设置大文件标识,然后调用do_sys_open来完成具体的工作。其中

force_o_largefile()

         IA64系统中 arch/ia64/include/asm/fcntl.h定义如下

#define _ASM_IA64_FCNTL_H

#define force_o_largefile()  (personality(current->personality) != PER_LINUX32)

#include

#endif /* _ASM_IA64_FCNTL_H */

 

而其余的在include/linux/fcntl.h

#ifndef force_o_largefile

#define force_o_largefile() (BITS_PER_LONG != 32)

#endif

所以在非32位的OSforce_o_largefile()都为true32位的OS则为false

另外,我们可以查看我们的OS位数:

# grep CONFIG_64BIT /boot/config-2.6.32-220.el6.x86_64

CONFIG_64BIT=y //64

 

#ifdef CONFIG_64BIT

#define BITS_PER_LONG 64

#else

#define BITS_PER_LONG 32

#endif /* CONFIG_64BIT */

 

所以只有在32位的OS上此处才为false这里不考虑IA64架构我们考虑的是x86架构),所以64位的系统上flags会自动加上O_LARGEFILE,32位的则没有所以文件最大大小受索引节点中表示文件大小的32位的i_size的影响只能访问232次方字节4GB实际高位一般不用所以通常只有2G。加上O_LAGEFILE之后启用索引节点的i_dir_acl字段也可以一起表示文件的大小了,这样位数就变成了64位,2的64位就4GB*4GB,单个文件这么大已经很大了16T了

 

 

我们重点来看do_Sys_open函数

do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode)

函数原long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, umode_t mode)

这个函数这里我们讲述最主要的内容)执行过程

 

1.    找到一个本进程没有使用的文件描述符fdint型)

 

(1)在当前进程打开的文件位图表中,找到第一个为0的位,返回这个位在位图表里面的下标,这个下标就是将用分配的未使用的文件描述符fd

 

(2)把当前进程的文件表扩展一个文件(即尝试添加一个struct file到当前

进程的文件列表中),进程task_struct-> files_struct-> fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]是一个struct file 数组,而NR_OPEN_DEFAULT在64位系统中等于64(因为一般进程打开的文件数大多都用这个数组就可以直接放下了),如果扩展操作导致当前进程的这个存放struct file的数组放不下了,如要装第65个struct flie结构体,那么将重新分配一片内存区专门用来存放struct file结构体,并且这个内存区的大小为128个struct file结构体,然后将当前进程的task_struct->files_struct->fdtable->fd指针指向这片内存的首地址,然后把之前数组里面的内容复制到这片内存区里面来。下次添加如果超过了128个了,则分配256个大小直到256个也装满,超过256则分配512,依次类推,总是2的幂次方,且会把之前的复制到新分配的内存里面去

 

注意:这里只是更新了进程的这个file table,新的进程描述符对应的struct file还没有生成进去。

 

(3)设置进程的文件位图中新分配的这个文件描述符位为(1)中找到的下标,并更新下一次该分配的进程描述符起点

 

2.    分配一个全新的struct file结构体

Struct file =kmem_cache_zalloc(filp_cachep, GFP_KERNEL);

 

3.    根据传人的pathname查找或建立对应的dentry

并设置此dentry对应的inode。内核做这个事情借助于一个nameidata数据结构

(1)    如果pathname中第一个字符是“/”,那么说明使用绝对路径,设置nameidata为更目录对应的dentry和当前目录的inode,mount点等

 

(2)    如果不是“/”,则使用相对路径,设置nameidata为当前目录对应的dentry,inode,mount点等

 

(3)    一层一层往下查找,直到找到最终的那个文件或者目录分量,注意:如/usr/bin/make,先找“/”(这是3.1就做了的),再找“/”下面的usr,再找bin,最后找make。

 

这里细说一下第一层怎么在“/“下面找到”usr“的:

第一层查找先找“/”下面的usr对应的dentry,内核通过“/”对应的dentry和usr字符串两个参数进行hash运算获取一个dentry的链表

然后逐个看这个链表里面有没有parent dentry为“/”对应的dentry的,以及dentry对应的名字的hash值是否与“usr”对应的hash值相同

前面条件都满足这里再看一下parent dentry是否有DCACHE_OP_COMPARE标识,如果有此标识且文件系统实现了dentry->dentry_operations->d_compare函数,那么就调用文件系统的这个函数来判断

如果条件都符合,那么说明内存中usr对应的这个dentry是存在的,如果这个dentry->d_flags中包含DCACHE_OP_REVALIDATE,那么就会调用此dentry->dentry_operatoin->d_revalidate来进行一次核对(网络文件系统此函数都实现了,以便于远程的便跟,在这里会得到更新)

如果最终usr对应的dentry不存在,那么内核就在内存中直接分配一个dentry结构体并且把dentry的name和“usr”对应起来,并且设置这个dentry的parent为“/”对应的dentry,然后还要调用/对应的dentry->d_inode这个inode的inode_operation->lookup(/的inode,新建的dentry,flags),如果返回了新的dentry,那么就把dentry结构体指针指向新返回的dentry,否则还是返回刚刚新创建的那个dentry。(一般的文件系统都实现了inode_operation->lookup,我猜他们会在这个函数里面如果/usr存在则把dentry对应的inode给设置好。。如果/usr不存在则返回一个NULL之类的,以一个错误跳出整个路径执行)

到这里,无论是dentry已经存在于内存中找到的,还是新创建的dentry,总之,对应于“usr”结构的dentry在内存中已经存在了。然后调用follow_managed()函数找到“usr”最新的vfsmount(这里有一点点麻烦,后续会专门讲,这里只需要指定如果/dev/sda mount 到了/mnt,/dev/sdb 也mount到了/mnt,那么这里返回的是最新的这条/dev/sdb mount到/mnt这个vfsmount)。

然后把这个已经找到的或创建的dentry(已经存在于内存中的dentry已经有了inode和它绑定,新建立的dentry也通过inode_operation->lookup建立起来了inode和dentry的联系(此函数会在操作真正的磁盘介质吧inode读出来))和这个最新的vfsmount存到struct path中

然后把这个含有dentry,vfsmount的path结构体存入nameidata数据结构中,到这里,“usr“对应的dentry,inode,vfsmount都准备好了,且存到了nameidata中了

 

(4)    接着(3)里面,一层一层的往下找,依次会找到usr,bin,最后到了make

这里就不调用一层一层往下找的函数了,进入另外一个函数do_last()函数来

处理。在dolast,在dolast里面如果此dentry不存在则创建它,如果有O_CREATE

标识则创建这个文件的inode(这里会调用vfs_create函数,继续调用dentry->inode_operation->create来建立inode,文件系统实现的此函数会操作正在的磁盘介质去创建inode),并且建立inode和dentry的联系,并且建立make对应的vfsmount为最新的mount结构,至此,“/usr/bin/make”中最后一个分量“make”的dentry,inode,vfsmount都存到nameidata中去了。

接着还会把2中分配的file结构体的path(包含dentry和vfsmount)的dentry分量设置为nameidata的这个dentry(dentry结构体中已经有inode的指针),vfsmount也设置为nameidata的vfsmount,并且设置file结构体的file->f_mapppin为nameidata中dentry的inode的i_mapping.并且设置file->f_pos指针为0。

至此,make对应的新分配的这个struct file结构体中的dentry,inode,vfsmount都为nameidata中的了,并且struct file映射到内存的address_space也设置为了inode对应的address_space,struct file的当前位置指针设置为了0,“make”分量的这个struct file结构体准备好了。

接着还会把这个struct file结构体加入其inode对应的super_block超级块的s_files链表中,即struct file结构体会加入其自身inode所在超级块的所有文件链表中。

并且如果自身inode的file_operations不为空则还会设置这个struct file的file_operation等于inode的这个file_operations,即公用inode的file的操作方法。如果inode的file_operations没有实现,则设置为空。

设置此文件标识符为FILE_OPENED.

 

4.    建立fd到这个struct file结构体的联系

 

调用fd_install(fd,f)来把1中分配的文件描述符和3中的struct file建立联系。

过程简单描述一下,先获取当前进程的fdtable(简单可理解为进程的关联的所有文件数组)的所有文件数组fdtable=current->files->fdt,(current为当前进程task_struct),设置fdtable->fd[fd]=file,(下标fd即新分配的文件描述符,file即为3中创建的struct file结构体)。

这样,进程和文件描述符,struct file,dentry,inode,vfsmount就全部关联起来了。

 

附图片:完整的内核调用我画的visio学习图,欢迎纠正理解,图片需要放很大才能看清。。
。。汗。。图片有4M多,上传不了。。

参考:kernel 3.6.7源码

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给主人留下些什么吧!~~

zhangwqh2013-03-24 04:33:47

博主你好,今天看了你的博客,写的非常详细深入。你的博文中没有附图,能否给我传一份呢?另外有些问题想跟你咨询一下,是否可以加你qq,在线咨询一下呢?我的邮箱zhangwqh@126.com qq 314398618

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