Linux文件系统剖析:文件打开逻辑
perftrace@gmail.com
本文主要通过分析linux系统中的文件打开逻辑，来掌握linux虚拟文件系统相关的数据结构、函数等知识点，将之前的各个点的知识串联成一个整体。
1 文件系统简介
系统中给所有文件系统不但依赖VFS,而且依靠VFS系统协同工作。使用VFS可以利用标准的Unix系统调用对不同的文件系统，甚至不同介质上的文件系统进行读写操作。
Unix使用了四种和文件系统相关的传统抽象概念：文件、目录项、索引节点和安装点。
VFS中共有四个主要对象类型分别是：
l  超级块对象，代表一个具体的已安装文件系统，操作对象为super_operations
l  索引节点对象，代表一个具体文件,操作对象为inode_operations
l  目录项对象，代表一个目录项，是路径的一个组成部分,操作对象为dentry_operations
l  文件对象，代表由进程打开的文件,操作对象为file_operations
不存在目录对象。
涉及的数据结构在文中会逐一出现。下面我们从上层应用开始来看下linux系统打开一个文件的逻辑过程。
2 应用触发
使用一个Ｃ程序如下：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int
main ()
{
int i, f;
FILE *fp;
char string[24];
fp = fopen ("test.dat", "w+");
sprintf (string, "helloworld\n");
fwrite (string, 11, 1, fp);
fclose (fp);
}
直接使用gcc编译，#gcc -g -o io io.c
这里我们看到在应用中使用了函数fopen（库函数），该函数来负责打开文件。
这个函数在linux中就是 glibc 。其官方下载链接是：https://www.gnu.org/software/libc/sources.html。
3 内核入口
使用strace ./io后，可以发现会调用系统调用open来实现文件的打开。
……
open("test.dat", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) = 3
……
这个系统调用才是内核中的函数，该函数定义在如下：
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, umode_t, mode)
{
if (force_o_largefile())
flags |= O_LARGEFILE;
return do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);
}
这个是系统调用，会调用do_sys_open函数。
在do_sys_open函数中，会通过函数build_open_flags来设置需要打开文件的flags（其结构体为open_flags）,接着通过函数get_unused_fd_flags获取一个可用的fd，此函数调用alloc_fd()函数从fd_table中获取一个可用fd,并做些简单初始化得到一个文件描述符（）。接着调用do_filp_open函数获取file对象。最后通过fd_install，建立文件描述符和file之间的关联，即安装在进程的fd数组中。
4 逻辑流程
逻辑流程如下图：
5 参考
