最近看vfs部分,寫了個筆記, 大家看看.(更新了mount 文件系 統(tǒng)部分)

gaokeke123

最近看vfs部分,寫了個筆記, 大家看看.(更新了mount 文件系 統(tǒng)部分)  原作者：xpl

mount 文件系統(tǒng)

主要數(shù)據(jù)結構：

struct namespace {
        atomic_t                count;                /* 引用技術 */
        struct vfsmount *        root;        /* 根目錄的 vfsmount */
        struct list_head        list;        /* 所有已經(jīng)mount的 文件系統(tǒng)的 list */
        struct rw_semaphore        sem;        /* 讀寫信號量 */
};



struct vfsmount
{
        struct list_head mnt_hash;                /* 用于散列表的list */
        struct vfsmount *mnt_parent;        /* 指向父文件系統(tǒng)的 vfsmount */
        struct dentry *mnt_mountpoint;        /* mountpoint 的 dentry */
        struct dentry *mnt_root;                /* mount的文件系統(tǒng)的根目錄的 dentry */
        struct super_block *mnt_sb;                /* 指向該文件系統(tǒng)的 superblock */
        struct list_head mnt_mounts;        /* 所有mount到該文件系統(tǒng)的 vfsmount 的 list */
        struct list_head mnt_child;                /* 子文件系統(tǒng)的 list  */
        atomic_t mnt_count;                                /* 引用計數(shù) */
        int mnt_flags;                                        /* mount 的 flag */
        int mnt_expiry_mark;                        /* 到期標志 */
        char *mnt_devname;                                /* mount設備的名稱 比如： /dev/dsk/hda1 */
        struct list_head mnt_list;                /* 在namespace上的vfsmount的 list */
        struct list_head mnt_fslink;        
        struct namespace *mnt_namespace; /* 指向mount文件系統(tǒng)的進程的 namespace */
};

struct nameidata {
        struct dentry        *dentry;                /* 目錄的dentry */
        struct vfsmount *mnt;                        /* 目錄所在的文件系統(tǒng)的 vfsmount */
        struct qstr        last;                                /* 在LOOKUP_PARENT 標志被設置時使用，存儲路徑中最后一個分量 */
        unsigned int        flags;                        /* 查找的 flags */
        int                last_type;                                /* 在LOOKUP_PARENT 標志被設置時使用，存儲路徑名的最后一個分量的類型，值見下面的enum */
        unsigned        depth;                                /* 符號鏈接的嵌套深度 */
        char *saved_names[MAX_NESTED_LINKS + 1];        /* 存儲嵌套的符號鏈接所關聯(lián)的路徑名數(shù)組， 通過depth作為下標來索引 */

        /* Intent data */
        union {
                struct open_intent open;
        } intent;
};

/*
* Type of the last component on LOOKUP_PARENT
*/
enum {LAST_NORM, LAST_ROOT, LAST_DOT, LAST_DOTDOT, LAST_BIND};        /* nameidata 的 last_type 的值 */

/*
* The bitmask for a lookup event:
*  - follow links at the end
*  - require a directory
*  - ending slashes ok even for nonexistent files
*  - internal "there are more path compnents" flag
*  - locked when lookup done with dcache_lock held
*  - dentry cache is untrusted; force a real lookup
*/
#define LOOKUP_FOLLOW                 1
#define LOOKUP_DIRECTORY         2
#define LOOKUP_CONTINUE                 4
#define LOOKUP_PARENT                16
#define LOOKUP_NOALT                32
#define LOOKUP_REVAL                64
/*
* Intent data
*/
#define LOOKUP_OPEN                (0x0100)
#define LOOKUP_CREATE                (0x0200)
#define LOOKUP_ACCESS                (0x0400)



/*
* "quick string" -- eases parameter passing, but more importantly
* saves "metadata" about the string (ie length and the hash).
*
* hash comes first so it snuggles against d_parent in the
* dentry.
*/
struct qstr {
        unsigned int hash;                        /* hash值 */
        unsigned int len;                        /* 路徑中分量名稱的長度 */
        const unsigned char *name;        /* 路徑中分量名稱的字符串地址 */
};


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需要補習的內(nèi)容：

對于一個文件（在Linux下所有都是文件，包括目錄等等） ，如何判斷該文件 是不是目錄，或者是不是符號鏈接, 是通過inode ：

如果是目錄，則一定有 inode->i_op->lookup 方法， 即 inode->i_op->lookup 一定不是NULL

如果是符號鏈接， 則一定有 inode->i_op->follow_link 方法，即 inode->i_op->follow_link 一定不是NULL




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對于每一個 mount 的文件系統(tǒng)，都由一個 vfsmount 實例來表示。

對于每一個進程，都有自己的 namespace ， 這可以理解為這個進程的地盤。
在這里，所有的文件系統(tǒng)都要掛上來統(tǒng)一管理， 如下所示：
  圖（1）


同時，對于所有的vfsmount，都存在于 一個hash table中，他們通過一個 hash 數(shù)組組織在一起：


對于mount的文件系統(tǒng)，會有在一個文件系統(tǒng)上 mount 另外一個文件系統(tǒng)的情況，這種情況，可以稱原文件系統(tǒng)為 父vfsmount， 對于mount上的文件系統(tǒng)，稱之位子文件系統(tǒng)。
他們的關系如下：

  圖（3）

                                                               

下面我以一個例子來說明：
例如我們要mount一個設備 /dev/hdb1 到 /home/xpl 目錄下
我們假設 /home/xpl 就是當前進程的根文件系統(tǒng)中的目錄（即 home 和 xpl 都沒有mount任何文件系統(tǒng)），

我們mount的時候，傳入的參數(shù)有三個： 要mount的設備( /dev/hdb1 ) ， 設備的文件系統(tǒng) ( ext2 之類的)， mount到什么目錄 ( /home/xpl )

首先，我們要根據(jù)要mount的目錄的路徑名（ 我們傳入的只是路徑名稱的字符串），來找到mount的目錄 disk 的dentry （即 mountpoint ）
這個查找過程如下所示：
1. 首先確定查找路徑的起始目錄，要么是根目錄，要么是當前目錄。
        如果是根目錄，則根目錄的 dentry 和 vfsmount 的信息在： current->fs->root 和 current->fs->rootmnt
        如果是當前目錄，則當前目錄的 dentry 和 vfsmount 的信息在：current->fs->pwd 和 current->fs->pwdmnt
2. 然后，從路徑的起始目錄開始逐級的往下找。
        對于我們的例子，我們首先要查找根目錄下的 home 目錄（ 就是要找到 home 目錄的 dentry 和 vfsmount 對象）
        1） 首先在 hashtable 中查找，就是在上面的圖（2）中的鏈表中找。
        2） 如果這個目錄沒有在 hashtable 中，則需要到磁盤上（我們假設根文件系統(tǒng)是在一個磁盤上，如果不是，就是去根文件系統(tǒng)對應的存儲介質(zhì)中查找）去查找
                        這通過調(diào)用 根目錄的 inode 的 lookup 方法來查找。
                        通過根目錄的 dentry->d_inode 得到根目錄的inode，然后調(diào)用 inode->i_ops->lookup 方法，將要查找目錄的名稱作為參數(shù)傳遞進去。

3. 找到了第一個目錄，下面的過程就是簡單的遞歸了，最后，找到 目錄 xpl 的 dentry 和 vfsmount

找到了要 mount 的目錄，下面就開始實際的mount過程
mount的過程就是把設備的文件系統(tǒng)加入到 vfs 框架中
1. 首先，要mount一個新的設備，需要創(chuàng)建一個新的 super block。
        這通過要mount的文件系統(tǒng)的 file_system_type， 調(diào)用其 get_sb 方法來創(chuàng)建一個新的 super block

2. 對于任何一個 mount 的文件系統(tǒng)，都要有一個 vfsmount， 創(chuàng)建這個vfsmount， 并設置好其屬性（就是 vfsmount 中的各個成員）

3. 將創(chuàng)建好的 vfsmount 加入到系統(tǒng)中。

整個過程如下所示：

從這張圖可以看到，三個目錄:  "/", "home" 和 "xpl" 的dentry
我們新mount的設備為/dev/hdb1, 新創(chuàng)建了一個super_block 和 一個 vfsmount (new)
新的super_block 在創(chuàng)建的時候已經(jīng)加入到整個 vfs 的架構中（可參看前面的 super block 一節(jié)）
對于新的vfsmount:
        其mountpoint為 目錄 "xpl" 的dentry，
        其mnt_root 是設備hdb1上的根目錄的 dentry
        其父 vfsmount 就是原文件系統(tǒng)中的那個 vfsmount
        
同時，我們將新的這個vfsmount加入到了進程的namespace中。

至此，我們已經(jīng)完成了整個mount的過程。

另外，對于Linux，可以將多個文件系統(tǒng) mount 到同一個目錄上，這樣的話， 新 mount 的文件系統(tǒng)會覆蓋原來mount的文件系統(tǒng)。
比如我們再把一個 "/dve/hdb2" 的設備 mount 到 "/home/xpl"  目錄下，
這樣，如果我們訪問 "/home/xpl" 的時候，就會訪問到 "/dev/hdb2"
當新mount的文件系統(tǒng)被 unmount 之后，原來被覆蓋的文件系統(tǒng)就會再次顯露出來了。

這個過程的之所以是這樣的，是因為在路徑查找的時候，如果發(fā)現(xiàn)要查找的目錄上mount了 文件系統(tǒng)（其dentry的d_mounted 不為0），會切換文件系統(tǒng)。
比如我們上面的例子，當路徑查找 "/home/xpl" 的時候，當查找到根文件系統(tǒng)的目錄 "xpl" 的dentry時，發(fā)現(xiàn)有一個文件系統(tǒng)已經(jīng)mount到這個目錄上，就會切換文件系統(tǒng)，進而找到 "/dev/hdb1" 的根目錄的 dentry
這樣，路徑查找"/home/xpl" 返回的時候，返回的是 "/dve/hdb1" 根目錄的 dentry

這樣，在我們 mount 第二個文件系統(tǒng) "/dev/hdb2" 的時候，其mountpoint 就是 "/dev/hdb1" 的根目錄的 dentry。
這個過程如下圖所示：


以此類推，如果在該目錄上再mount一個新的文件系統(tǒng)，基本邏輯是相同的。
因此在路徑查找過程中，每查找到一個新的目錄，都要對該目錄的d_mounted 進行判斷，看是否在該目錄上mount的了文件系統(tǒng)，如果是，則要切換文件系統(tǒng)（切換查找過程中的 dentry 和 vfsmount）
這個過程是要遞歸的，即如果一個路徑上mount了多個文件系統(tǒng)（如上面的例子），要遞歸到最后一個mount的文件系統(tǒng)（其dentry 的 d_mounted 為0）為止。



對于路徑查找，我們補充說明一下兩種特殊的情況：

一、路徑中的　"." 和 ".."
        對于 "." ，很明顯，就是當前目錄，不需要額外的處理，簡單跳過即可
         例如： /home/./xpl 當查找到 "." 的時候，還是 home 目錄，因而 "." 的 dentry 和vfsmount 還是 目錄 home的 dentry 和 vfsmount
        對于 ".."， 這個需要跳到上一級目錄，在這里，要注意：
        1. 如果發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒法向上了，就不再向上，而保持當前的路徑。比如："/../" ，已經(jīng)是根目錄了，返回的結果仍然是根目錄。
        2. 如果發(fā)現(xiàn)當前的 dentry 是當前文件系統(tǒng)的根目錄，并且該文件系統(tǒng)是mount到其他文件系統(tǒng)上的，這個時候就要反溯文件系統(tǒng)，要切換到原來mount的文件系統(tǒng)后，再向上一級目錄。這個反溯過程也是要遞歸的。
                比如我們上面的例子中："/home/xpl" 先mount了一個 hdb1 的文件系統(tǒng)，然后又mount 了一個 hdb2 的文件系統(tǒng)。
                在執(zhí)行".." 查找的時候：
                        1）我們發(fā)現(xiàn)當前的目錄是hdb2 的根目錄(vfsmount->mnt_root)，并且mount到了hdb1上(vfsmount != vfsmount->parent)，這個時候我們就要先切換到 hdb1 的文件系統(tǒng)中, 此時vfsmount 換為hdb1 的vfsmount， dentry換成 hdb2的mountpoint。
                        2） 接下來要遞歸上面的文件系統(tǒng)切換，我們發(fā)現(xiàn) 當前的dentry 是hdb1文件系統(tǒng)的根目錄,并且mount到了別的文件系統(tǒng)上，這個時候就要繼續(xù)切換。
                        3) 當所有的遞歸完成以后，我們得到了根文件系統(tǒng)的 xpl目錄的dentry，然后再執(zhí)行向上的操作（".."），最后得到 "/home"

        
二、路徑中的符號鏈接
        如果路徑中有符號鏈接，我們要跟隨符號鏈接的路徑。其實這個過程只是一個簡單的遞歸。
        在路徑查找中，我們得到一個dentry后，要判斷這個dentry是否是一個符號鏈接。通過判斷 dentry->d_inode->i_op->follow_link 是否是NULL，即是否有follow_link方法來判斷是不是符號鏈接。
        如果是符號鏈接的話，我們需要通過這個inode的follow_link 來獲得鏈接的路徑。
        例如有這么一個符號鏈接： /home/xpl/link -> /mnt/disk
        我們會獲得到其鏈接的路徑  "/mnt/disk"， 接下來就是繼續(xù)解析鏈接的路徑名，即查找 "/mnt/disk"， 這個查找過程和普通的查找是一樣的，遞歸下去，最終找到需要的目標。