走马观花： Linux 系统调用 open 七日游（七）

【场景三】open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR)
    在这个场景中我们希望创建一个新文件（O_CREAT），并赋予该文件用户可读（S_IRUSR）和用户可写（S_IWUSR）的权限，然后以只写（O_WRONLY）的方式打开这个文件。O_EXCL 在这里保证该文件必须被创建，如果该文件已经存在则失败返回。
    这些标志位的作用已经解释得很清楚了，现在来看看 build_open_flags：
【fs/open.c】sys_open > do_sys_open > build_open_flags

static inline int build_open_flags(int flags, umode_t mode, struct open_flags *op)
{

  ...

    if (flags & (O_CREAT | __O_TMPFILE))
        op->mode = (mode & S_IALLUGO) | S_IFREG;

  ...

        acc_mode = MAY_OPEN | ACC_MODE(flags);

  ...

    if (flags & O_CREAT) {
        op->intent |= LOOKUP_CREATE;
        if (flags & O_EXCL)
            op->intent |= LOOKUP_EXCL;
    }

  ...

}

    由于是创建一个新文件，所以 mode 就不能丢弃了（845），在这里 mode 就是“S_IRUSR | S_IWUSR”。然后在我们的情境中，875 行 acc_mode 将被设置成“MAY_OPEN | MAY_WRITE”。最后 intent 也被设置成了相应的查询模式（894、896）。接着还是 do_last:
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > do_last

static int do_last(struct nameidata *nd, struct path *path,
           struct file *file, const struct open_flags *op,
         int *opened, struct filename *name)
{

  ...

    if (!(open_flag & O_CREAT)) {

  ...

    } else {

  ...

        error = complete_walk(nd);
        if (error)
            return error;

        audit_inode(name, dir, LOOKUP_PARENT);
        error = -EISDIR;
        /* trailing slashes? */
        if (nd->last.name[nd->last.len])
            goto out;
    }

retry_lookup:
    if (op->open_flag & (O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY | O_RDWR)) {
        error = mnt_want_write(nd->path.mnt);
        if (!error)
            got_write = true;
        /*
         * do _not_ fail yet - we might not need that or fail with
         * a different error; let lookup_open() decide; we'll be
         * dropping this one anyway.
         */
    }
    mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex);
    error = lookup_open(nd, path, file, op, got_write, opened);
    mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex);

  ...

    首先会调用 complete_walk 告别 rcu-walk 模式，然后会判断这个最终目标是不是以“/”结尾，如果是的话就表示最终目标是一个目录那就返回并报错“Is a directory”（2926）。随后，如果本次操作是有可能“写入”的（2931），那就需要取得当前文件系统的写权限，但是注释上写的很明白，就算现在获取写权限失败也不要急着返回，因为首先现在只是“有可能”会“写入”，其次我们可能会因为别的原因失败，所以现在先不理会这次的 fail，让 lookup_open 来决定这一切吧。
    接着就是 lookup_open，我们进去看看：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > do_last > lookup_open

static int lookup_open(struct nameidata *nd, struct path *path,
            struct file *file,
            const struct open_flags *op,
            bool got_write, int *opened)
{

  ...

    *opened &= ~FILE_CREATED;
    dentry = lookup_dcache(&nd->last, dir, nd->flags, &need_lookup);

  ...

        dentry = lookup_real(dir_inode, dentry, nd->flags);

  ...

    if (!dentry->d_inode && (op->open_flag & O_CREAT)) {

  ...

        if (!got_write) {
            error = -EROFS;
            goto out_dput;
        }
        *opened |= FILE_CREATED;

  ...

        error = vfs_create(dir->d_inode, dentry, mode,
                   nd->flags & LOOKUP_EXCL);
        if (error)
            goto out_dput;
    }

  ...

}

    这里我们需要关注一个局部变量：opened，首先会清除改变量的 FILE_CREATED 位（2813），如果该文件的确不存在的话会被重新赋上 FILE_CREATED，表示这个文件是这次创建的（2851）。最后，vfs_create 会调用具体文件系统的 inode_operations.create 函数真正创建这个文件。
    好了，回到 do_last：
【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > do_last

  ...

    if (*opened & FILE_CREATED) {
        /* Don't check for write permission, don't truncate */
        open_flag &= ~O_TRUNC;
        will_truncate = false;
        acc_mode = MAY_OPEN;
        path_to_nameidata(path, nd);
        goto finish_open_created;
    }

  ...

    error = -EEXIST;
    if ((open_flag & (O_EXCL | O_CREAT)) == (O_EXCL | O_CREAT))
        goto exit_dput;

  ...

finish_open_created:
    error = may_open(&nd->path, acc_mode, open_flag);
    if (error)
        goto out;
    file->f_path.mnt = nd->path.mnt;
    error = finish_open(file, nd->path.dentry, NULL, opened);

  ...

}

    这里有两个地方用到了局部变量 opened，首先如果这个文件就是本次新建的，那么就要清除 O_TRUNC 位（2959）。O_TRUNC 用来将打开的文件长度“截断”为零，其实就是将文件清空，因为我们是新建的文件所以这个标志位显然是没用的了。既然已经成功的创建了新文件，那么写权限也没必要检查了（2961），然后直接跳转到标号 finish_open_created 处完成打开。如果这个文件本来就存在呢？这时会检查 O_EXCL 和 O_CREAT 两个标志位，因为 O_EXCL 标志位要求必须创建成功，所以这里就会返回“File exists”错误（2983）。
    最后 may_open 检查相应的权限，然后 finish_open 完成打开操作，这两个函数我们已经看过了，这里就不深入了。

    现在，我们终于到了说再见的时候了，希望这七天的旅行能让你有所收获。
    本来只是在看完代码后想给自己留下点什么，要不然以后忘了就白看了，但是等写的时候才发现要想写得明白光马马虎虎看完远远不够，于是就越写越多。大家可以发现在这几篇博客中有好多自问自答，这都是我在看代码时的疑问，有些回答可能并不是那么准确，还请海涵。最后推荐两本参考书籍：
    《Linux 内核源代码情景分析》，可以说这本书写得相当精彩，虽然它内核版本是 2.4.0 相对来说有点老了，但是并不影响我们探索内核脚步，万变不离其宗，有很多东西并没有本质上的变化。
    《深度探索 Linux 操作系统》，这本书将从另一个角度带我们领略 Linux 的美丽和神秘，在一步一步建立并编译自己的内核的同时，也深刻的揭示了编译、链接、加载的原理，同样是一本精彩的 Linux 读物。