Linux 2.6.11内核文件IO系统调用－－续

本帖是《》的续帖，将主要说明read和write两个文件IO的系统调用实现。所用到的主要数据结构在前面一帖中已经详细说明了，如有需要，请参见前一帖。


6.        read 函数
6.1.        原型与参数

ssize_t read(unsigned int fd, char * buf, size_t count)
        read函数是从打开的文件中读取数据。如read成功，则返回读到的字节数。如已到达文件的尾端，则返回0。如果失败，则返回－1。有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读字节数：
• 读普通文件时，在读到要求字节数之前已到达了文件尾端。例如，若在到达文件尾端之前还有30个字节，而要求读100个字节，则read返回30，下一次再调用read时，它将返回0 (文件尾端)。
• 当从终端设备读时，通常一次最多读一行(第11章将介绍如何改变这一点)。
• 当从网络读时，网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。
• 某些面向记录的设备，例如磁带，一次最多返回一个记录。
读操作从文件的当前位移量处开始，在成功返回之前，该位移量增加实际读得的字节数。

6.2.        实现分析

6.2.1.        主要函数调用关系图
sys_read （参见6.2.2 )
| ------------- vfs_read （参见6.2.3）

6.2.2.        主调用函数sys_read
asmlinkage ssize_t sys_read(unsigned int fd, char __user * buf, size_t count)
{
        struct file *file;
        ssize_t ret = -EBADF;
        int fput_needed;
       
// 从进程文件链表中根据fd获取file文件表，如果没有这个文件表，则返回EBADF错误
        file = fget_light(fd, &fput_needed); // fput_needed标识是否需要更新file结构的count
        if (file) {
                loff_t pos = file_pos_read(file); // 获取file结构的pos位移参数
                ret = vfs_read(file, buf, count, &pos); // 读取文件内容，参见6.2.2
                file_pos_write(file, pos); // 更新file结构的pos位移参数
                fput_light(file, fput_needed); // 更新文件count标识
        }

        return ret;
}

6.2.3.        sys_read子函数vfs_read
vfs_read将调用文件驱动模块的read函数从磁盘中读入数据并返回。
ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
        ssize_t ret;

        if (!(file->;f_mode & FMODE_READ))
                return -EBADF;// 如果文件不允许读模式，则返回EBADF错误
        if (!file->;f_op || (!file->;f_op->;read && !file->;f_op->;aio_read))
                return -EINVAL;// 如果文件结构没有read函数指针，则返回EINVAL错误
        if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count)))
                return -EFAULT;// 检查传入的参数是否超出了用户空间地址，如果是则返回EFAULT错误

        // 通过inode结构lock当前要操作的区域，成功返回0
        ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count);
        if (!ret) {
                // 检查进程对文件是否有READ操作权限，成功，则返回0
                ret = security_file_permission (file, MAY_READ);
                if (!ret) {
                        if (file->;f_op->;read) // 调用文件驱动模块read函数读入数据
                                ret = file->;f_op->;read(file, buf, count, pos);
                        else // 否则调用直接磁盘读操作
                                ret = do_sync_read(file, buf, count, pos);
                        if (ret >; 0) {
                                // 通知目录，当前文件已经被访问
                                dnotify_parent(file->;f_dentry, DN_ACCESS);
                                current->;rchar += ret; // 刷新进程读数据计数器
                        }
                        current->;syscr++;
                }
        }

        return ret;
}


7.        write函数

7.1.        原型与参数
sys_write(unsigned int fd, const char * buf, size_t count)
        sys_write函数将数据写入到文件中。其返回值通常与参数nbytes的值不同，-1表示出错。write出错的一个常见原因是：磁盘已写满，或者超过了对一个给定进程的文件长度限制。对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时，指定了O_APPEND选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后，该文件位移量增加实际写的字节数。

7.2.        实现分析

7.2.1.        主要函数调用关系图
sys_write （参见7.2.2 )
| ------------- vfs_write （参见7.2.3）

7.2.2.        主调用函数sys_write
asmlinkage ssize_t sys_write(unsigned int fd, const char __user * buf, size_t count)
{
        struct file *file;
        ssize_t ret = -EBADF;
        int fput_needed;

// 从进程文件链表中根据fd获取file文件表，如果没有这个文件表，则返回EBADF错误
        file = fget_light(fd, &fput_needed); // fput_needed标识是否需要更新file结构的count
        if (file) {
                loff_t pos = file_pos_read(file); // 获取file结构的pos位移参数
                ret = vfs_write(file, buf, count, &pos); // 写入文件，参见7.2.3 描述
                file_pos_write(file, pos); // 更新file结构的pos位移参数
                fput_light(file, fput_needed); // 更新文件count标识
        }

        return ret;
}

7.2.3.        sys_write子函数vfs_write
vfs_write将调用文件驱动模块的write函数向磁盘中写入数据并返回。如果在打开该文件时，指定了O_APPEND选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处再继续写入。
ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
        ssize_t ret;

        if (!(file->;f_mode & FMODE_WRITE))
                return -EBADF; // 如果文件不允许写模式，则返回EBADF错误
        if (!file->;f_op || (!file->;f_op->;write && !file->;f_op->;aio_write))
                return -EINVAL; // 如果文件结构没有read函数指针，则返回EINVAL错误
        if (unlikely(!access_ok(VERIFY_READ, buf, count)))
                return -EFAULT; // 检查传入的参数是否超出了用户空间地址，如果是则返回EFAULT错误

        // 通过inode结构lock当前要操作的区域，成功返回0
        ret = rw_verify_area(WRITE, file, pos, count);
        if (!ret) {
                // 检查进程对文件是否有WRITE操作权限，成功，则返回0
                ret = security_file_permission (file, MAY_WRITE);
                if (!ret) {
                        if (file->;f_op->;write) // 调用文件驱动模块write函数写入数据
                                ret = file->;f_op->;write(file, buf, count, pos);
                        else // 否则调用直接磁盘写操作
                                ret = do_sync_write(file, buf, count, pos);
                        if (ret >; 0) {
                                // 通知目录，当前文件已经被改写
                                dnotify_parent(file->;f_dentry, DN_MODIFY);
                                current->;wchar += ret; // 刷新进程写数据计数器
                        }
                        current->;syscw++;
                }
        }

        return ret;
}