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揭开虚拟文件系统的云雾(1)(基于linux1.2.13)

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theanarkh
发布2020-01-02 11:54:47
4780
发布2020-01-02 11:54:47
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文章被收录于专栏:原创分享

这一篇我们来看看,虚拟文件系统是如何抹平各个文件系统的差异,又是如何和具体的文件系统串起来的。 我们先来回顾一下之前的讲的内容。

代码语言:javascript
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    void mount_root(void){
        ...

    for (fs_type = file_systems ; fs_type ; fs_type = fs_type->next) {
        if(retval)
            break;
        // 没有关联到设备则不需要往下执行,有些文件系统是没有对应的底层设备的
        if (!fs_type->requires_dev)
            continue;
        // 读根设备的超级块,设备的第一扇区是分区表,接着是超级块
        sb = read_super(ROOT_DEV,fs_type->name,root_mountflags,NULL,1);
        // 读取成功
        if (sb) {
            // 根节点 
            inode = sb->s_mounted;
            inode->i_count += 3 ;   /* NOTE! it is logically used 4 times, not 1 */
            sb->s_covered = inode;
            sb->s_flags = root_mountflags;
            // 当前进程(init进程)的根目录和工作目录设置为根节点
            current->fs->pwd = inode;
            current->fs->root = inode;
            printk ("VFS: Mounted root (%s filesystem)%s.\n",
                fs_type->name,
                (sb->s_flags & MS_RDONLY) ? " readonly" : "");
            // 直接返回,即第一个读取成功的文件系统成为根文件系统
            return;
        }
    }
        ...
    }

我们看到由read_super加载超级块的内容,假设根文件系统是ext文件系统。从函数sys_setup中我们知道ext文件系统的read_super函数是ext_read_super。

代码语言:javascript
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#ifdef CONFIG_EXT_FS
    register_filesystem(&(struct file_system_type)
        {ext_read_super, "ext", 1, NULL});
#endif

接着往下看。

代码语言:javascript
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struct super_block *ext_read_super(struct super_block *s,void *data, 
                   int silent)
{
    struct buffer_head *bh;
    struct ext_super_block *es;
    int dev = s->s_dev,block;

    lock_super(s);
    set_blocksize(dev, BLOCK_SIZE);
    // 读取设备的内容,即超级块的内容
    if (!(bh = bread(dev, 1, BLOCK_SIZE))) {
        s->s_dev=0;
        unlock_super(s);
        printk("EXT-fs: unable to read superblock\n");
        return NULL;
    }
    // 文件系统的一些属性
    es = (struct ext_super_block *) bh->b_data;
    // 超级块的一些属性
    ...
    s->s_dev = dev;
    // 操作函数集
    s->s_op = &ext_sops;
    // 读取根节点,超级块的s_mounted字段指向根节点
    if (!(s->s_mounted = iget(s,EXT_ROOT_INO))) {
        s->s_dev=0;
        printk("EXT-fs: get root inode failed\n");
        return NULL;
    }
    return s;
}

我们看到这个函数主要做的几件事情是 1 从硬盘读取超级块的内容 2 设置超级块的操作函数集 3 最后读取文件系统的根节点。 读超级块内容这个没有太多需要解释的,我们先看看超级块操作函数集的定义

代码语言:javascript
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static struct super_operations ext_sops = { 
    ext_read_inode,
    NULL,
    ext_write_inode,
    ext_put_inode,
    ext_put_super,
    ext_write_super,
    ext_statfs,
    NULL
};

然后我们看一下读取inode的函数iget。

代码语言:javascript
复制
extern inline struct inode * iget(struct super_block * sb,int nr)
{
    return __iget(sb,nr,1);
}

__iget函数的主要逻辑是获取一个新的inode结构体,然后执行read_inode(inode)从硬盘把inode数据读取进来(inode.c后续单独分析)。核心代码如下。

代码语言:javascript
复制
if (!empty) {
        h->updating++;
        // 获取一个空闲inode
        empty = get_empty_inode();
        if (!--h->updating)
            wake_up(&update_wait);
        if (empty)
            goto repeat;
        return (NULL);
    }
    inode = empty;
    inode->i_sb = sb;
    inode->i_dev = sb->s_dev;
    inode->i_ino = nr;
    inode->i_flags = sb->s_flags;
    put_last_free(inode);
    insert_inode_hash(inode);
    read_inode(inode);

下面直接看read_inode函数。

代码语言:javascript
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static void read_inode(struct inode * inode)
{
    lock_inode(inode);
    if (inode->i_sb && inode->i_sb->s_op && inode->i_sb->s_op->read_inode)
        inode->i_sb->s_op->read_inode(inode);
    unlock_inode(inode);
}

我们看文章的开头可以发现,read_inode函数在ext文件系统中的实现函数是ext_read_inode。

代码语言:javascript
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void ext_read_inode(struct inode * inode)
{
    struct buffer_head * bh;
    struct ext_inode * raw_inode;
    int block;
    // 每个硬盘块可以存储的inode结构体数,+2是代表启动扇区、超级块数据的硬盘块
    block = 2 + (inode->i_ino-1)/EXT_INODES_PER_BLOCK;
    // 读取某设备的某个块
    if (!(bh=bread(inode->i_dev, block, BLOCK_SIZE)))
        panic("unable to read i-node block");
    // 取余算出偏移从而得到inode结构体的数据
    raw_inode = ((struct ext_inode *) bh->b_data) +
        (inode->i_ino-1)%EXT_INODES_PER_BLOCK;
    // 复制某些字段到内存的inode结构体
    inode->i_mode = raw_inode->i_mode;
    inode->i_uid = raw_inode->i_uid;
    inode->i_gid = raw_inode->i_gid;
    inode->i_nlink = raw_inode->i_nlinks;
    inode->i_size = raw_inode->i_size;
    inode->i_mtime = inode->i_atime = inode->i_ctime = raw_inode->i_time;
    inode->i_blocks = inode->i_blksize = 0;
    // 字符和块设备的i_zone[0]是设备号
    if (S_ISCHR(inode->i_mode) || S_ISBLK(inode->i_mode))
        inode->i_rdev = raw_inode->i_zone[0];
    else for (block = 0; block < 12; block++)
        // 否则i_zone里存的是文件数据的硬盘直接块号或者间接块号 
        inode->u.ext_i.i_data[block] = raw_inode->i_zone[block];
    brelse(bh);
    inode->i_op = NULL;
    // 不同类型的文件赋值不同的操作函数集
    if (S_ISREG(inode->i_mode))
        inode->i_op = &ext_file_inode_operations;
    else if (S_ISDIR(inode->i_mode))
        inode->i_op = &ext_dir_inode_operations;
    else if (S_ISLNK(inode->i_mode))
        inode->i_op = &ext_symlink_inode_operations;
    else if (S_ISCHR(inode->i_mode))
        inode->i_op = &chrdev_inode_operations;
    else if (S_ISBLK(inode->i_mode))
        inode->i_op = &blkdev_inode_operations;
    else if (S_ISFIFO(inode->i_mode))
        init_fifo(inode);
}

至此,把根文件系统的超级块和根节点inode都读取进来了。再回头看mount_root函数的代码

代码语言:javascript
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    inode = sb->s_mounted;
    // 当前进程(init进程)的根目录和工作目录设置为根节点
    current->fs->pwd = inode;
    current->fs->root = inode;

下面我们看看此时的架构图。

这一篇就先说到这里,现在有根节点了,下一篇看一下如何进行文件的读写和多文件系统是如何一起工作的。

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原始发表:2019-12-26,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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