走马观花： Linux 系统调用 open 七日游（四）

    现在，我们的“路径行走”只剩下最后一个小问题需要处理了——符号链接。
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk

  ...

        if (err) {
            err = nested_symlink(&next, nd);
            if (err)
                return err;
        }

  ...

    nested_symlink 就是用来处理符号链接的，现在 nd 还“站”在原来的目录上，next 才指向了当前这个符号链接。咱们进去看看：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink

static inline int nested_symlink(struct path *path, struct nameidata *nd)
{
    int res;

    if (unlikely(current->link_count >= MAX_NESTED_LINKS)) {
        path_put_conditional(path, nd);
        path_put(&nd->path);
        return -ELOOP;
    }
    BUG_ON(nd->depth >= MAX_NESTED_LINKS);

    nd->depth++;
    current->link_count++;

  ...

    从本质上来讲符号链接就是一个路径字符串，这和硬连接有着本质上的区别（请参考【dentry-inode 结构图】）。而且对于创建目录的链接，硬连接有着严格的限制（比如普通用户就不允许创建目录的硬连接），但是符号链接就没有那么多的限制，用户可以随意创建目录的链接，甚至可以创建一个链接的死循环（比如：a->b;b->c;c->a）。既然不限制创建各式各样的符号链接，那么在读取的时候就需要格外小心了，Kernel 设置了两个限制位，这里我们就遇到了第一个：MAX_NESTED_LINKS，它的值是 8，它限制了符号链接的嵌套（递归）层数，那么什么时候会发生嵌套（递归）呢，别着急，等我们游览完符号链接的时候自然就清楚了，这里先卖个关子；还有一个是链接长度，这个比较好理解，马上我们就会遇到。
    回到我们的旅程，这里先检查嵌套层数，一共有两个地方来对嵌套进行控制：一个是进程（1581）；另一个是当前的“路径行走”（1586）。没问题的话就可以进行下一步了：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink

  ...

    do {
        struct path link = *path;
        void *cookie;

        res = follow_link(&link, nd, &cookie);
        if (res)
            break;
        res = walk_component(nd, path, LOOKUP_FOLLOW);
        put_link(nd, &link, cookie);
    } while (res > 0);

  ...

    符号链接的目标很有可能也是一个符号链接，所以应该用一个循环来跟踪它。仔细观察这个循环体，我们发现了一个老朋友 walk_component，还记得吗，当它返回正值的时候（其实就是 1）就表明当前目标是一个符号链接（我们就是这么进来的，当然应该记得了），这时就需要再一次循环（1600）。既然这样的话那我们就大胆的猜测 follow_link 也应该和 link_path_walk 差不多，返回时 nd 也应该是“站在”最终目标所在的目录上，然后在 walk_component 的帮助下“站上”最终目标。
    现在就来验证我们的猜测：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink > follow_link

static __always_inline int
follow_link(struct path *link, struct nameidata *nd, void **p)
{

  ...

    error = -ELOOP;
    if (unlikely(current->total_link_count >= 40))
        goto out_put_nd_path;

    cond_resched();
    current->total_link_count++;

    touch_atime(link);
    nd_set_link(nd, NULL);

  ...

    在这里就是 Kernel 给符号链接设置的第二个限制：链接长度——简单地说就是在一个路径中符号链接的个数——不能超过 40 个。因为我门刚刚从 rcu-walk 模式切换过来，而 rcu-walk 是不允许抢占的，所以现在需要看看刚才有没有想要抢占但又抢占失败的进程，如果有的话就让人家先运行，毕竟我们现在是 ref-walk 模式，不是那么着急的，这就是 cond_resched 所做的（838）。接下来就是更新当前这个符号链接的访问时间（841），然后 nd_set_link 先把当前递归深度相应的路径字符串指针初始化成 NULL。揭晓来就要真正的“跟随链接”了。
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink > follow_link

  ...

    nd->last_type = LAST_BIND;
    *p = dentry->d_inode->i_op->follow_link(dentry, nd);
    error = PTR_ERR(*p);
    if (IS_ERR(*p))
        goto out_put_nd_path;

  ...

    这里主要就是启动具体文件系统自己的“跟随链接”机制，等它返回后 nd 中的 saved_names[nd->depth] 就会保存一个指向路径字符串的指针，随后我们就用着个字符串启动一次“全新的”路径查找。
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink > follow_link

  ...

    error = 0;
    s = nd_get_link(nd);
    if (s) {
        if (unlikely(IS_ERR(s))) {
            path_put(&nd->path);
            put_link(nd, link, *p);
            return PTR_ERR(s);
        }
        if (*s == '/') {
            set_root(nd);
            path_put(&nd->path);
            nd->path = nd->root;
            path_get(&nd->root);
            nd->flags |= LOOKUP_JUMPED;
        }
        nd->inode = nd->path.dentry->d_inode;
        error = link_path_walk(s, nd);
        if (unlikely(error))
            put_link(nd, link, *p);
    }

    return error;

  ...

}

    s 就是上面提到的那个路径字符串，看看这个 if (s) 里的代码，是不是似曾相似？其中第一个 if（857）是错误处理我们不用关心。请看看第二个，如果路径以“/”开头就设置一下预设根目录和当前路径，是不是很像当年那个 path_init？如果不是“/”开头呢，那就以当前路径为起点，而这时 nd 就是“站在”当前路径上的，所以不用做啥处理直接就可以使用。接下来又是一个老朋友 link_path_walk，其实都不能说是老朋友，因为我们现在还在 link_path_walk 的肚子里呢。但现在还不能算是符号链接的嵌套（递归），还记得这个嵌套（递归）计数在哪里么？没错是在 nested_symlink，也就是说只有再次进入 nested_symlink 才能算是递归一次。想想我们是怎么进来的，别忘了 link_path_walk 并不处理路径中的最终目标，所以要想递归就必须在子路径中加入符号链接。简而言之，符号链接的嵌套（递归）是发生在该符号链接所指目标的路径中存在另一个符号链接。
    举个例子，比如现在有一个符号链接“a”它指向一个目录“/tmp/dir/”，就像这样“a -> /tmp/dir/”。这个目录下还有一个文件“/tmp/dir/file”，这时有另一个符号链接“b”，我们把它指向“a/file”，就像这样“b -> a/file”。如果这时访问“b”，就会递归一次，因为“b”所指的路径中“a/”就是一个符号链接且是一个子路径。
    通过这样的解释，大家应该了解在什么情况下会发生嵌套（递归）了吧。从 link_path_walk 返回之后，nd 应该已经“站在”最终目录等待着对最终目标的处理了。这正好应证了刚开始我们的猜测，接下来队最终目标的处理就会交给 walk_component，如果这个最终目标也是一个符号链接那么 walk_component 就会返回 1 并再一次 nested_symlink 里的 do-while 循环。
    当最终目标不是符号链接的时候，nested_symlink 的使命也就完成了：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > link_path_walk > nested_symlink

  ...

    current->link_count--;
    nd->depth--;
    return res;
}

    在这里就会恢复嵌套（递归）计数。
    现在符号链接我们也参观完毕了，那么 link_path_walk 也就结束了，接下来就要对打开最终目标了。