Linux 커널 및 Linux 파일 시스템 구현과 관련된 문제에 대한 24시간 학습

Super_block, file_system_type, dentry 및 vfsmoubt 구조는 모두 자체 연결 목록에 저장됩니다. 인덱스 노드는 전역 inode_in_use 또는 inode_unused 또는 해당 초고속 로컬 연결 목록에서 찾을 수 있습니다.

기본 VFS 구조 외에도 VFS, fs_struct 및 files_struct, 네임스페이스, fd_set와 상호 작용하는 여러 다른 구조가 있습니다. 아래 그림에서는 프로세스 설명자가 파일 관련 구조와 연결되는 방식을 설명합니다.

먼저 fs_struct 구조를 소개하겠습니다. fs_struct 구조는 여러 프로세스 설명자에서 참조할 수 있습니다. 다음 코드는 include/Linux/fs_struct.h에서 찾을 수 있습니다. 조언

files_struct에는 열려 있는 파일과 설명자에 대한 정보가 포함되어 있으며 이러한 컬렉션을 사용하여 설명자를 그룹화합니다. 다음 코드는 include/linux/file.h

INIT_FILES 매크로를 통해 fs_struct 구조를 초기화합니다.

NR_OPEN_DEFAULT의 전역 정의는 BITS_PER_LONG으로 설정되며, 이는 32비트 시스템에서는 32이고 64비트 시스템에서는 64입니다.

페이지 버퍼링의 핵심은 address_space 객체이며 해당 코드는 include/linux/fs.h에서 볼 수 있습니다. (이 코드를 잘 이해하지 못하니 조언을 부탁드립니다.)

리눅스 커널은 블록 장치의 각 섹터를 buffer_head 구조로 표현합니다. buffer_head 구조에서 사용하는 물리적 영역은 b_dev 장치의 논리 블록 b_blocknr입니다. 참조되는 물리적 메모리는 b_size의 블록 크기부터 시작하는 b_data 메모리 데이터입니다. bytes.block, 이 메모리 블록은 물리적 페이지 b_page에 있으며 그 구조는 다음과 같습니다.

open 기능은 파일을 열고 생성하는 데 사용됩니다. 다음은 오픈 기능에 대한 간략한 설명입니다

: 성공하면 파일 설명자를 반환하고, 그렇지 않으면 -1을 반환합니다 open 함수의 경우 세 번째 매개변수(...)는 새 파일을 생성할 때만 사용되며 파일의 액세스 권한 비트를 지정하는 데 사용됩니다. pathname은 열거나 생성할 파일의 경로 이름입니다(예: C:/cpp/a.cpp). oflag는 파일의 열기/생성 모드를 지정하는 데 사용됩니다(정의됨). fcntl.h에서) 논리적 OR을 통해.

O_RDONLY 읽기 전용 모드
O_WRONLY 쓰기 전용 모드
O_RDWR 읽기 및 쓰기 모드
파일 열기/생성 시 위의 세 가지 상수 중 하나 이상을 사용해야 합니다. 다음 상수는 선택 사항입니다.
O_APPEND 각 쓰기 작업은 파일 끝에 기록됩니다
O_CREAT 지정한 파일이 없으면 이 파일을 생성하세요
O_EXCL 생성할 파일이 이미 존재하는 경우 -1을 반환하고 errno
• 값을 수정합니다.

O_TRUNC 파일이 존재하고 쓰기 전용/읽기-쓰기 모드로 열린 경우 파일 내용 전체를 지웁니다
O_NOCTTY 경로명이 터미널 장치를 가리키는 경우 이 장치를 제어 터미널로 사용하지 마세요.
O_NONBLOCK 경로명이 FIFO/블록 파일/문자 파일을 가리키는 경우 파일 열기 및 후속 I/O를 비차단 모드(비차단 모드)로 설정합니다
다음 세 가지 상수도 선택되었으며 입력과 출력을 동기화하는 데 사용됩니다
O_DSYNC는 쓰기 전에 물리적 I/O가 완료될 때까지 기다립니다. 새로 작성된 데이터를 읽는 데 영향을 주지 않고 파일 속성 업데이트를 기다리지 마십시오.
O_RSYNC 읽기는 진행하기 전에 동일한 영역에 대한 모든 쓰기 작업이 완료될 때까지 기다립니다
O_SYNC는 파일 속성을 업데이트하는 I/O를 포함하여 쓰기 전에 물리적 I/O가 끝날 때까지 기다립니다

• open에서 반환된 파일 설명자는 사용되지 않은 가장 작은 설명자여야 합니다.

  NAME_MAX인 경우(파일 이름의 최대 길이, ' 제외)

  POSIX.1 引入常量 _POSIX_NO_TRUNC 用于决定是否截断长文件名/长路径名。如果_POSIX_NO_TRUNC 设定为禁止截断，并且路径名长度超过 PATH_MAX（包括 ‘\0’），或者组成路径名的任意文件名长度超过 NAME_MAX，则返回错误信息，并且把 errno 置为 ENAMETOOLONG。

close()函数

进程使用完文件后，发出close()系统调用：

sysopsis

#include 
int close(int fd);

参数：fd文件描述符

函数返回值：0成功，-1出错

参数fd是要关闭的文件描述符。需要说明的是：当一个进程终止时，内核对该进程所有尚未关闭的文件描述符调用close关闭，所以即使用户程序不调用close，在终止时内核也会自动关闭它打开的所有文件。但是对于一个长年累月运行的程序（比如网络服务器），打开的文件描述符一定要记得关闭，否则随着打开的文件越来越多，会占用大量文件描述符和系统资源。

read()函数

当用户级别程序调用read()函数时，Linux把它转换成系统调sys_read()：

功能描述：从文件读取数据。
所需头文件： #include

函数原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数：

• fd： 将要读取数据的文件描述词。

• buf：指缓冲区，即读取的数据会被放到这个缓冲区中去。

• count：表示调用一次read操作，应该读多少数量的字符。

• 返回值：返回所读取的字节数；0（读到EOF）；-1（出错）。

• 以下几种情况会导致读取到的字节数小于 count ：

• 读取普通文件时，读到文件末尾还不够 count 字节。例：如果文件只有 30 字节，而我们想读取 100，字节，那么实际读到的只有 30 字节， 函数返回 30 。此时再使用 read 函数作用于这个文件会导致 read 返回 0

• 从终端设备（terminal device）读取时，一般情况下每次只能读取一行。

• 从网络读取时，网络缓存可能导致读取的字节数小于 count字节。

• 读取 pipe 或者 FIFO 时，pipe 或 FIFO 里的字节数可能小于 count 。

• 从面向记录（record-oriented）的设备读取时，某些面向记录的设备（如磁带）每次最多只能返回一个记录。

• 在读取了部分数据时被信号中断，读操作始于 cfo 。在成功返回之前，cfo 增加，增量为实际读取到的字节数。

  例程如下(程序是网上找的例子，贴下来以以供大家理解一下):：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
    void* buf ;
    int handle;
    int bytes ;
    buf=malloc(10);
    /*
    LooksforafileinthecurrentdirectorynamedTEST.$$$andattempts
    toread10bytesfromit.Tousethisexampleyoushouldcreatethe
    fileTEST.$$$
    */
    handle=open("TEST.$$$",O_RDONLY|O_BINARY,S_IWRITE|S_IREAD);
    if(handle==-1)
    {
        printf("ErrorOpeningFile\n");
        exit(1);
    }
    bytes=read(handle,buf,10);
    if(bytes==-1)
    {
        printf("ReadFailed.\n");
        exit(1);
    }
    else 
    {
        printf("Read:%dbytesread.\n",bytes);
    }
    return0 ;
}

write()函数

功能描述：向文件写入数据。
所需头文件： #include

函数原型：ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count);

返回值：写入文件的字节数（成功）；-1（出错）

功能：write 函数向 filedes 中写入 count 字节数据，数据来源为 buf 。返回值一般总是等于 count，否则就是出错了。常见的出错原因是磁盘空间满了或者超过了文件大小限制。对于普通文件，写操作始于 cfo 。如果打开文件时使用了 O_APPEND，则每次写操作都将数据写入文件末尾。成功写入后，cfo 增加，增量为实际写入的字节数。

例程如下(程序是网上找的例子，贴下来以以供大家理解一下):

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
int *handle; char string[40];
int length, res;/* Create a file named "TEST.$$$" in the current directory and write a string to it. If "TEST.$$$" already exists, it will be overwritten. */
if ((handle = open("TEST.$$$", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IREAD | S_IWRITE)) == -1)
{
printf("Error opening file.\n");
exit(1);
}
strcpy(string, "Hello, world!\n");
length = strlen(string);
if ((res = write(handle, string, length)) != length)
{
printf("Error writing to the file.\n");
exit(1);
}
printf("Wrote %d bytes to the file.\n", res);
close(handle); return 0; }

小结

今天看的代码不多，差不多都是网上找的代码，有些解释也是查阅资料写上去的，有些还是不懂，希望各路大神指教，这里我总结了有关Linux文件系统实现的问题，但是具体的细节方面并没有提及到，大家看了之后应该只能有一个大致的最Linux文件系统的了解，有读者问我看的是哪些书，这里我说明一下，看了Linux内核编程，还有深入理解Linux内核以及网上各种资料或者其他大牛写的好的博客。这里我是总结了一下，并且把自己不懂的还有觉得重要的说了一下，希望各位大神给些建议，thanks~