Linux文件系统剖析:文件打开逻辑

简介:

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。

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  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:

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5     参考

从文件IO看Linux的虚拟文件系统

 

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