1. inotify主要功能
它是一个内核用于通知用户空间程序文件系统变化的机制。
众所周知，Linux 桌面系统与 MAC 或 Windows 相比有许多不如人意的地方，为了改善这种状况，开源社区提出用户态需要内核提供一些机制，以便用户态能够及时地得知内核或底层硬件设备发生了什么，从而能够更好地管理设备，给用户提供更好的服务，如 hotplug、udev 和 inotify 就是这种需求催生的。Hotplug 是一种内核向用户态应用通报关于热插拔设备一些事件发生的机制，桌面系统能够利用它对设备进行有效的管理，udev 动态地维护 /dev 下的设备文件，inotify 是一种文件系统的变化通知机制，如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知，该机制是著名的桌面搜索引擎项目 beagle 引入的，并在 Gamin 等项目中被应用。
2. 用户接口
在用户态，inotify 通过三个系统调用和在返回的文件描述符上的文件 I/ 操作来使用，使用 inotify 的第一步是创建 inotify 实例：
- int fd = inotify_init ();
每一个 inotify 实例对应一个独立的排序的队列。
文件系统的变化事件被称做 watches 的一个对象管理，每一个 watch 是一个二元组(目标，事件掩码)，目标可以是文件或目录，事件掩码表示应用希望关注的 inotify 事件，每一个位对应一个 inotify 事件。Watch 对象通过 watch描述符引用，watches 通过文件或目录的路径名来添加。目录 watches 将返回在该目录下的所有文件上面发生的事件。
下面函数用于添加一个 watch：
- int wd = inotify_add_watch (fd, path, mask);
fd 是 inotify_init() 返回的文件描述符，path 是被监视的目标的路径名(即文件名或目录名)，mask 是事件掩码, 在头文件 linux/inotify.h 中定义了每一位代表的事件。可以使用同样的方式来修改事件掩码，即改变希望被通知的inotify 事件。Wd 是 watch 描述符。
下面的函数用于删除一个 watch：
- int ret = inotify_rm_watch (fd, wd);
fd 是 inotify_init() 返回的文件描述符，wd 是 inotify_add_watch() 返回的 watch 描述符。Ret 是函数的返回值。
文件事件用一个 inotify_event 结构表示，它通过由 inotify_init() 返回的文件描述符使用通常文件读取函数 read 来获得：
- struct inotify_event {
- __s32 wd; /* watch descriptor */
- __u32 mask; /* watch mask */
- __u32 cookie; /* cookie to synchronize two events */
- __u32 len; /* length (including nulls) of name */
- char name[0]; /* stub for possible name */
- };
结构中的 wd 为被监视目标的 watch 描述符，mask 为事件掩码，len 为 name字符串的长度，name 为被监视目标的路径名，该结构的 name 字段为一个桩，它只是为了用户方面引用文件名，文件名是变长的，它实际紧跟在该结构的后面，文件名将被 0 填充以使下一个事件结构能够 4 字节对齐。注意，len 也把填充字节数统计在内。
通过 read 调用可以一次获得多个事件，只要提供的 buf 足够大。
- size_t len = read (fd, buf, BUF_LEN);
buf 是一个 inotify_event 结构的数组指针，BUF_LEN 指定要读取的总长度，buf 大小至少要不小于 BUF_LEN，该调用返回的事件数取决于 BUF_LEN 以及事件中文件名的长度。Len 为实际读去的字节数，即获得的事件的总长度。
可以在函数 inotify_init() 返回的文件描述符 fd 上使用 select() 或poll(), 也可以在 fd 上使用 ioctl 命令 FIONREAD 来得到当前队列的长度。close(fd)将删除所有添加到 fd 中的 watch 并做必要的清理。
- int inotify_init (void);
- int inotify_add_watch (int fd, const char *path, __u32 mask);
- int inotify_rm_watch (int fd, __u32 mask);
3. 内核实现原理
在内核中，每一个 inotify 实例对应一个 inotify_device 结构：
- struct inotify_device {
- wait_queue_head_t wq; /* wait queue for i/o */
- struct idr idr; /* idr mapping wd -> watch */
- struct semaphore sem; /* protects this bad boy */
- struct list_head events; /* list of queued events */
- struct list_head watches; /* list of watches */
- atomic_t count; /* reference count */
- struct user_struct *user; /* user who opened this dev */
- unsigned int queue_size; /* size of the queue (bytes) */
- unsigned int event_count; /* number of pending events */
- unsigned int max_events; /* maximum number of events */
- u32 last_wd; /* the last wd allocated */
- };
d_list 指向所有 inotify_device 组成的列表的，i_list 指向所有被监视 inode 组成的列表，count 是引用计数，dev 指向该 watch 所在的 inotify 实例对应的 inotify_device 结构，inode 指向该 watch 要监视的 inode，wd 是分配给该 watch 的描述符，mask 是该 watch 的事件掩码，表示它对哪些文件系统事件感兴趣。
结构 inotify_device 在用户态调用 inotify_init() 时创建，当关闭 inotify_init()返回的文件描述符时将被释放。结构 inotify_watch 在用户态调用 inotify_add_watch()时创建，在用户态调用 inotify_rm_watch() 或 close(fd) 时被释放。
无论是目录还是文件，在内核中都对应一个 inode 结构，inotify 系统在 inode 结构中增加了两个字段：
- struct inotify_watch {
- struct list_head d_list; /* entry in inotify_device's list */
- struct list_head i_list; /* entry in inode's list */
- atomic_t count; /* reference count */
- struct inotify_device *dev; /* associated device */
- struct inode *inode; /* associated inode */
- s32 wd; /* watch descriptor */
- u32 mask; /* event mask for this watch */
- };
d_list 指向所有 inotify_device 组成的列表的，i_list 指向所有被监视 inode 组成的列表，count 是引用计数，dev 指向该 watch 所在的 inotify 实例对应的 inotify_device 结构，inode 指向该 watch 要监视的 inode，wd 是分配给该 watch 的描述符，mask 是该 watch 的事件掩码，表示它对哪些文件系统事件感兴趣。
结构 inotify_device 在用户态调用 inotify_init() 时创建，当关闭 inotify_init()返回的文件描述符时将被释放。结构 inotify_watch 在用户态调用 inotify_add_watch()时创建，在用户态调用 inotify_rm_watch() 或 close(fd) 时被释放。
无论是目录还是文件，在内核中都对应一个 inode 结构，inotify 系统在 inode 结构中增加了两个字段：
- #ifdef CONFIG_INOTIFY
- struct list_head inotify_watches; /* watches on this inode */
- struct semaphore inotify_sem; /* protects the watches list */
- #endif
inotify_watches 是在被监视目标上的 watch 列表，每当用户调用 inotify_add_watch()时，内核就为添加的 watch 创建一个 inotify_watch 结构，并把它插入到被监视目标对应的 inode 的 inotify_watches 列表。inotify_sem 用于同步对 inotify_watches 列表的访问。当文件系统发生第一部分提到的事件之一时，相应的文件系统代码将显示调用fsnotify_* 来把相应的事件报告给 inotify 系统，其中*号就是相应的事件名，目前实现包括：
fsnotify_move，文件从一个目录移动到另一个目录fsnotify_nameremove，文件从目录中删除fsnotify_inoderemove，自删除fsnotify_create，创建新文件fsnotify_mkdir，创建新目录fsnotify_access，文件被读fsnotify_modify，文件被写fsnotify_open，文件被打开fsnotify_close，文件被关闭fsnotify_xattr，文件的扩展属性被修改fsnotify_change，文件被修改或原数据被修改有一个例外情况，就是 inotify_unmount_inodes，它会在文件系统被 umount 时调用来通知 umount 事件给 inotify 系统。
以上提到的通知函数最后都调用 inotify_inode_queue_event(inotify_unmount_inodes直接调用 inotify_dev_queue_event )，该函数首先判断对应的inode是否被监视，这通过查看 inotify_watches 列表是否为空来实现，如果发现 inode 没有被监视，什么也不做，立刻返回，反之，遍历 inotify_watches 列表，看是否当前的文件操作事件被某个 watch 监视，如果是，调用 inotify_dev_queue_event，否则，返回。函数inotify_dev_queue_event 首先判断该事件是否是上一个事件的重复，如果是就丢弃该事件并返回，否则，它判断是否 inotify 实例即 inotify_device 的事件队列是否溢出，如果溢出，产生一个溢出事件，否则产生一个当前的文件操作事件，这些事件通过kernel_event 构建，kernel_event 将创建一个 inotify_kernel_event 结构，然后把该结构插入到对应的 inotify_device 的 events 事件列表，然后唤醒等待在inotify_device 结构中的 wq 指向的等待队列。想监视文件系统事件的用户态进程在inotify 实例(即 inotify_init() 返回的文件描述符)上调用 read 时但没有事件时就挂在等待队列 wq 上。
4. 使用示例
下面是一个使用 inotify 来监视文件系统事件的例子：
- #include
- #include
- #include
- _syscall0(int, inotify_init)
- _syscall3(int, inotify_add_watch, int, fd, const char *, path, __u32, mask)
- _syscall2(int, inotify_rm_watch, int, fd, __u32, mask)
- char * monitored_files[] = {
- "./tmp_file",
- "./tmp_dir",
- "/mnt/sda3/windows_file"
- };
- struct wd_name {
- int wd;
- char * name;
- };
- #define WD_NUM 3
- struct wd_name wd_array[WD_NUM];
- char * event_array[] = {
- "File was accessed",
- "File was modified",
- "File attributes were changed",
- "writtable file closed",
- "Unwrittable file closed",
- "File was opened",
- "File was moved from X",
- "File was moved to Y",
- "Subfile was created",
- "Subfile was deleted",
- "Self was deleted",
- "Self was moved",
- "",
- "Backing fs was unmounted",
- "Event queued overflowed",
- "File was ignored"
- };
- #define EVENT_NUM 16
- #define MAX_BUF_SIZE 1024
- int main(void)
- {
- int fd;
- int wd;
- char buffer[1024];
- char * offset = NULL;
- struct inotify_event * event;
- int len, tmp_len;
- char strbuf[16];
- int i = 0;
- fd = inotify_init();
- if (fd < 0) {
- printf("Fail to initialize inotify.\n");
- exit(-1);
- }
- for (i=0; i<WD_NUM; wd="inotify_add_watch(fd," add (event- if { len) < buffer) - *)event (((char while *)buffer; inotify_event event len); len='%d.\n",' happens, printf(?Some offset="buffer;" MAX_BUF_SIZE)) buffer, while(len="read(fd," } wd_array[i].wd="wd;" exit(-1); wd_array[i].name); %s.\n?, for watch printf(?Can?t 0) (wd IN_ALL_EVENTS); wd_array[i].name, wd_array[i].name="monitored_files[i];" i++)>mask & IN_ISDIR) {
- memcpy(strbuf, "Direcotory", 11);
- }
- else {
- memcpy(strbuf, "File", 5);
- }
- printf("Object type: %s\n", strbuf);
- for (i=0; iwd != wd_array[i].wd) continue;
- printf("Object name: %s\n", wd_array[i].name);
- break;
- }
- printf("Event mask: %08X\n", event->mask);
- for (i=0; imask & (1<len;
- event = (struct inotify_event *)(offset + tmp_len);
- offset += tmp_len;
- }
- }
- }
原文发布时间为：2017-10-11
本文作者:佚名
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