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Romfs文件系统分析认识

上一篇 / 下一篇 2008-07-07 16:08:04 / 个人分类：linux学习笔记

VFS:

Virtual File System SwITch，简称VFS,是LINUX文件系统的一个重要的组成部分。它不是一个真正的文件系统，实际上它是一种软件机制。
VFS的主要内容

超级块（super_block)

超级块是文件系统中最重要的数据结构，它用来描述整个文件系统信息（组织结构和管理信息）。不涉及文件系统的内容。VFS超级块是各种具体文件系统在安装时建立的，并在这些文件系统卸载时自动删除。VFS超级块实际上应该说成是某个具体文件系统的VFS超级块。超级块对象由super_block结构组成。

从所有具体的文件系统所抽象出来的一个结构，每一个文件系统实例都会有一对应super_block结构。比如每一个ext2的分区就有一个super_block结构，它记录了该文件系统实例(分区)的某些描述性的信息，比如该文件系统实例的文件系统类型，有多大，磁盘上每一块的大小, 还有就是super_operations。它与inode，dentry一样，只是某些内容在内存中的映像。

索引节点对象(inode，即I节点)

文件系统处理文件所需的信息。索引节点对文件是唯一的。具体文件系统的索引节点存储在磁盘上，使用的时候，必须调入内存，填写VFS的索引节点。所以VFS的索引节点是动态节点。

目录项（dentry)

每个文件除了有一个索引节点结构外，还有目录项dentry结构。 dentry结构代表的是逻辑意义上的文件，在磁盘上没有对应的映象。而inode结构代表的是物理意义上的文件，对于一个具体的文件系统，在磁盘上有对应的映象。一个dentry结构必有一个inode结构，而一个inode可能对应多个dentry结构。由于从磁盘读入一个文件并构造相应的目录项需要花费大量的时间，而在完成对目录项的操作后，可能后面还会用到，所以在内存中要保留它。

LINUX可以支持诸如EXT2，Minix，FAT，VFAT，NFS，NTFS…等等10多个不同的文件系统。正是VFS，为LINUX实现了这一强大功能。实现这种支持是通过文件系统的“注册”来完成的。经由注册的文件系统，VFS会给系统内核提供一个调用该文件系统函数的接口。Linux并非通过设备标识访问某个文件系统（像DOS那样），而是捆绑于一个树状目录上，因此，mount一个文件系统不仅包含了文件及数据，还包含了文件系统本身的树形结构，目录，访问权限等等。当用户调用一个文件时，他不需要因为文件属于不同的文件系统而按照不同的方式读取。VFS本身抽象了不同文件系统共同部分，对用户屏蔽了具体的操作，使得用户不用再去关心文件所属的文件系统的问题，实现了各个文件系统的良好兼容。当一个最新推出的文件系统普遍被采用时，LINUX借助VFS的强大功能，可以毫不费力的实现新文件系统在本地的组织运行，同时能不干扰其他已经装配在本地的其他文件系统。

在 Linux 源代码中，每种实际的文件系统用以下的数据结构表示：

代码:
struct file_system_type { const char *name;//文件系统名称 int fs_flags; //标示位 int (*get_sb) (struct file_system_type *, int,    const char *, void *, struct vfsmount *);//建立文件系统 void (*kill_sb) (struct super_block *);//注销文件系统 struct module *owner; //实例所有者指针 struct file_system_type * next; //链表同级指针 struct list_head fs_supers; 。。。 };
每注册一个文件系统也就要在机器里初始化一个这样的数据结构，并形成一个链表，内核中用一个名为 file_systems 的全局变量来指向该链表的表头。
整个注册过程比较复杂，概括来说大概是如下几步：
第一步：

代码:
nit_inodecache();//新建cache，是为了加快读写速度。在注册文件系统的时候创建，注销文件系统的时候销毁。 static int init_inodecache(void) {/** struct kmem_cache * kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align, unsigned long flags,void (*ctor)(struct kmem_cache *, void *)) * kmem_cache_create - 创建一个cache. * @name: 在/proc/slabinfo用来识别这个cache的名称 * @size: 要创建cache的大小 * @align: 是否对齐 * @flags: SLAB 标志 * @ctor: A constructor（构造器） for the objects. *调用成功的话返回cache的指针，@ctor在cache分配新页时运行。@name要有效到cach被销毁。也就是说cache在模块卸载前要销毁。 */ romfs_inode_cachep = kmem_cache_create("romfs_inode_cache",    sizeof(struct romfs_inode_info),    0, (SLAB_RECLAIM_ACCOUNT| SLAB_MEM_SPREAD),    init_once); if (romfs_inode_cachep == NULL) return -ENOMEM; return 0; }

第二步：

代码:
register_filesystem(&romfs_fs_type);//注册文件系统 romfs_fs_type是一个file_system_type类型的结构体 static struct file_system_type romfs_fs_type = { .owner = THIS_MODULE, .name = "romfs",//文件系统名 .get_sb = romfs_get_sb,//实现文件系统，在mount时运行 .kill_sb = kill_block_super,//撤销文件系统，在umount时运行 .fs_flags = FS_REQUIRES_DEV, };

关于romfs_get_sb函数的分析：如下

代码:
static int romfs_get_sb(struct file_system_type *fs_type, int flags, const char *dev_name, void *data, struct vfsmount *mnt) { return get_sb_bdev(fs_type, flags, dev_name, data, romfs_fill_super,mnt); romfs_fill_super:实现romfs中super_block的填充,还有其他的一些op的填充.} 它只是调用了get_sb_bdev()函数。原形如下： int get_sb_bdev(struct file_system_type *fs_type, int flags, const char *dev_name, void *data, int (*fill_super)(struct super_block *, void *, int), struct vfsmount *mnt) 在这个函数里它又调用了 error = fill_super(s, data, flags & MS_SILENT ? 1 : 0)来实现super_block的填充。 MS_SILENT这个值是32768 在romfs_fill_super 这个函数中对super_block进行了初始化填充,一下是一些填充项. sb_set_blocksize(s, ROMBSIZE);//设置块大小 s->s_maxbytes = 0xFFFFFFFF;//设置文件的最大体积 bh = sb_bread(s, 0);//这个不太清楚，好像是设置是否是块设备的 s->s_magic = ROMFS_MAGIC;//#define ROMFS_MAGIC 0x7275 据e文说是romfs的基本结构值之一 s->s_fs_info = (void *)(long)sz;//e文说是文件系统的私有信息，可是看sz其实就是一个大小。 s->s_flags |= MS_RDONLY;//只读文件系统 sz = (ROMFH_SIZE + strnlen(rsb->name, ROMFS_MAXFN) + 1 + ROMFH_PAD)    & ROMFH_MASK; s->s_op = &romfs_ops; root = iget(s, sz); s->s_root = d_alloc_root(root);

这里单独要说一说romfs_ops:

static const struct super_operations romfs_ops = {

.alloc_inode
= romfs_alloc_inode,//生成一个节点inode

.destroy_inode
= romfs_destroy_inode,//释放一个节点inode

.read_inode
= romfs_read_inode,//读取节点，这里比较复杂，还需分析

.statfs

= romfs_statfs,//获取当前系统的一些统计信息，

.remount_fs
= romfs_remount,//这个函数比较短如下。是用新的参数再次挂载，但是看不出来，怎么会再次挂载。
/*static int romfs_remount(struct super_block *sb, int *flags, char *data)
*{*flags |= MS_RDONLY;//只独系统，
*
return 0;}
*/
};
Romfs在节点的创建和销毁上并没有多少问题，而节点读取上比较复杂
还有要提一下super_operations，它也算是VFS的一个接口。实现一个文件系统file_operations, dentry_operations, inode_operations, super_operations这四个结构都要实现。
struct romfs_super_block {

__be32 word0;

__be32 word1;

__be32 size;

__be32 checksum;

char name[0];

/* volume name */
};

/* On disk inode */

struct romfs_inode {

__be32 next;

/* low 4 bits see ROMFH_ */

__be32 spec;

__be32 size;

__be32 checksum;

char name[0];
};

super_operations，它也算是VFS的一个接口。实现一个文件系统file_operations, dentry_operations, inode_operations, super_operations这四个结构都要实现。

struct inode
{
...
const struct inode_operations
*i_op;

const struct file_operations
*i_fop;

struct super_block
*i_sb;

struct file_lock
*i_flock;

struct address_space
i_data;
(const struct address_space_operations *a_ops;)

...
}
static const struct address_space_operations romfs_aops = {

.readpage = romfs_readpage
};

static const struct file_operations romfs_dir_operations = {

.read

= generic_read_dir,

.readdir
= romfs_readdir,
};

static const struct inode_operations romfs_dir_inode_operations = {

.lookup

= romfs_lookup,
};

把一个设备安装到一个目录节点时要用一个vfsmount的作为连接件。vfsmount结构定义如下：
struct vfsmount {

struct list_head mnt_hash;

struct vfsmount *mnt_parent;

/* fs we are mounted on */

struct dentry *mnt_mountpoint;
/* dentry of mountpoint */

struct dentry *mnt_root;

/* root of the mounted tree */

struct super_block *mnt_sb;

/* pointer to superblock */

.........
}
对于某个文件系统实例，内存中super_block和vfsmount都是唯一的。比如，我们将某个挂载硬盘分区mount -t vfat /dev/hda2 /mnt/d。实际上就是新建一个vfsmount结构作为连接件，vfsmount->mnt_sb = /dev/hda2的超级块结构；vfsmount->mntroot = /dev/hda2的"根"目录的dentry；vfsmount->mnt_mountpoint = /mnt/d的dentry；vfsmount->mnt_parent = /mnt/d所属的文件系统的vfsmount。并且把这个新建的vfsmount连入一个全局的hash表mount_hashtable中。