Linux的open源代码分析报告
来源：互联网 发布：手机绿色眼睛软件 编辑：程序博客网 时间：2024/06/03 14:51
1. 在对open源代码的主要函数分析之前我们先来看一下整个打开流程是如何做到的
在内核中要打开一个文件，首先应该找到这个文件，而查找文件的过程在vfs里面是由do_path_lookup或者path_lookup_open函数来完成的。这两个函数将用户传进来的字符串表示的文件路径转换成一个dentry结构，并建立好相应的inode和file结构，将指向file的描述符返回用户。用户随后通过文件描述符，来访问这些数据结构。
基本函数流程及调用方式如下所示：
打开过程首先是open系统调用访问SYSCALL_DEFINE3函数，然后调用do_sys_open 函数完成主要功能，再调用函数do_filp_open完成主要的打开功能，下面详细看下do_filp_open中调用的do_path_lookup主要过程：
staic int do_path_lookup(int dfd,const char *name,unsigned int flags,strucy nameidata *nd) { int retval=path_init(dfd,name,flags,nd); //设置nd->root=根路径（绝对地址）或者当前工作目录（相对地址） 。 //这一步做完了后，内核会建立一些数据结构（dentry,inode）来初始化查找的起点 if(!retval) retval = path_walk(name,nd); //path_walk,会遍历路径的每一份量，也就是用“/”分隔开的每一部分， //最中找到name指向的文件，walk的意思就是walk path的每一个组分（component） } 我们进一步看看path_walk
int path_walk(const char *name,struct nameidata *nd) { return link_path_walk(name,nd); //path_walk其实相当于直接调用link_path_walk来完成工作 } link_path_walk的主要工作是有其内部函数__link_path_walk 来完成的
result = __link_path_walk(name,nd) 至此我们转向最重要的代码__link_walk_path,该函数把传进来的字符串name，也就是用户指定的路径，按路径分隔符分解成一系列小的component。比如用户说，我要找/path/to/dest这个文件，那么我们的文件系统就会按path,to,dest一个一个来找，知道最后一个分量是文件或者查找完成。他找的时候，会先用path_init初始化过的根路径去找第一个分量，也就是path。然后用path的dentry->d_inode去找to，这样循环到最后一个。注意，内核会缓存找到的路径分量，所以往往只有第一次访问一个路径的时候，才会去访问磁盘，后面的访问会直接从缓存里找，下面会看到，很多与页告诉缓存打交道的代码。但不管怎样，第一遍查找总是会访问磁盘的。
static int __link_path_walk(const char *name,strucy nameidata *nd) { } 至此，按照每一个component查找完成之后，就会找到相应的文件，然后相应的打开工作就基本完成了。
2. 对open源代码主要函数的分析
Linux中打开文件是通过open系统调用实现，其函数中调用了do_sys_open()函数完成打开功能，所以下面主要分析do_sys_open()函数，首先先看下open系统调用的入口函数，再具体看do_sys_open()函数：
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode) { long ret; if (force_o_largefile()) flags |= O_LARGEFILE; ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode); /* avoid REGPARM breakage on x86: */ asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode); return ret; } do_sys_open()函数
long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, int mode) { /*获取文件名称，由getname()函数完成，其内部首先创建存取文件名称的空间，然后从用户空间把文件名拷贝过来*/ char *tmp = getname(filename); int fd = PTR_ERR(tmp); if (!IS_ERR(tmp)) { /*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，此函数内部实现比较简单，此次分析不细看*/ fd = get_unused_fd_flags(flags); if (fd >= 0) { /*fd获取成功则开始打开文件，此函数是主要完成打开功能的函数，在此先放一放，下面详细分析*/ struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, flags, mode, 0); if (IS_ERR(f)) { /*打开失败，释放fd*/ put_unused_fd(fd); fd = PTR_ERR(f); } else { /*文件如果已经被打开了，调用fsnotify_open()函数*/ fsnotify_open(f->f_path.dentry); /*将文件指针安装在fd数组中*/ fd_install(fd, f); } } /*释放放置从用户空间拷贝过来的文件名的存储空间*/ putname(tmp); } return fd; } 接下来即将进入到打开功能的真正实现功能的函数do_filp_open()函数：
struct file *do_filp_open(int dfd, const char *pathname, int open_flag, int mode, int acc_mode) { /* *…若干变量声明 */ /*改变参数flag的值，具体做法是flag+1*/ int flag = open_to_namei_flags(open_flag); int force_reval = 0; /*根据__O_SYNC标志来设置O_DSYNC 标志，用以防止恶意破坏程序*/ if (open_flag & __O_SYNC) open_flag |= O_DSYNC; /*设置访问权限*/ if (!acc_mode) acc_mode = MAY_OPEN | ACC_MODE(open_flag); /*根据 O_TRUNC标志设置写权限 */ if (flag & O_TRUNC) acc_mode |= MAY_WRITE; /* 设置O_APPEND 标志*/ if (flag & O_APPEND) acc_mode |= MAY_APPEND; /*如果不是创建文件*/ if (!(flag & O_CREAT)) { /*返回特定的file结构体指针*/ filp = get_empty_filp(); if (filp == NULL) return ERR_PTR(-ENFILE); /*填充nameidata 结构*/ nd.intent.open.file = filp; filp->f_flags = open_flag; nd.intent.open.flags = flag; nd.intent.open.create_mode = 0; /*当内核要访问一个文件的时候，第一步要做的是找到这个文件，而查找文件的过程在vfs里面是由path_lookup或者path_lookup_open函数来完成的。这两个函数将用户传进来的字符串表示的文件路径转换成一个dentry结构，并建立好相应的inode和file结构，将指向file的描述符返回用户。用户随后通过文件描述符，来访问这些数据结构*/ error = do_path_lookup(dfd, pathname, lookup_flags(flag)|LOOKUP_OPEN, &nd); if (IS_ERR(nd.intent.open.file)) { if (error == 0) { error = PTR_ERR(nd.intent.open.file); /*减少dentry和vsmount得计数*/ path_put(&nd.path); } } else if (error) /*如果查找失败则释放一些资源*/ release_open_intent(&nd); if (error) return ERR_PTR(error); goto ok; } /*到此则是要创建文件*/ reval: /* path-init为查找作准备工作，path_walk真正上路查找，这两个函数联合起来根据一段路径名找到对应的dentry */ error = path_init(dfd, pathname, LOOKUP_PARENT, &nd); if (error) return ERR_PTR(error); if (force_reval) nd.flags |= LOOKUP_REVAL; /*这个函数相当重要，就如源代码注释的那样，是整个NFS的名字解析函数，其实也是NFS得以构筑的函数。这里作一重点分析。这里先作一个综述。该函数采用一个for循环，对name路径根据目录的层次，一层一层推进，直到终点或失败。在推进的过程中，一步步建立了目录树的dentry和对应的inode */ error = path_walk(pathname, &nd); if (error) { if (nd.root.mnt) path_put(&nd.root); return ERR_PTR(error); } if (unlikely(!audit_dummy_context())) /*保存inode节点信息*/ audit_inode(pathname, nd.path.dentry); /*父节点信息*/ error = -EISDIR; if (nd.last_type != LAST_NORM || nd.last.name[nd.last.len]) goto exit_parent; error = -ENFILE; /*获取文件指针*/ filp = get_empty_filp(); if (filp == NULL) goto exit_parent; /*填充nameidata 结构*/ nd.intent.open.file = filp; filp->f_flags = open_flag; nd.intent.open.flags = flag; nd.intent.open.create_mode = mode; dir = nd.path.dentry; nd.flags &= ~LOOKUP_PARENT; nd.flags |= LOOKUP_CREATE | LOOKUP_OPEN; if (flag & O_EXCL) nd.flags |= LOOKUP_EXCL; mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex); /*从哈希表中查找nd对应的dentry*/ path.dentry = lookup_hash(&nd); path.mnt = nd.path.mnt; do_last: error = PTR_ERR(path.dentry); if (IS_ERR(path.dentry)) { mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex); goto exit; } if (IS_ERR(nd.intent.open.file)) { error = PTR_ERR(nd.intent.open.file); goto exit_mutex_unlock; } /*如果此dentry结构没有对应的inode节点，说明是无效的，应该创建文件节点 */ if (!path.dentry->d_inode) { /*write权限是必需的*/ error = mnt_want_write(nd.path.mnt); if (error) goto exit_mutex_unlock; /*按照namei格式的flag open*/ error = __open_namei_create(&nd, &path, flag, mode); if (error) { mnt_drop_write(nd.path.mnt); goto exit; } /*根据nameidata 得到相应的file结构*/ filp = nameidata_to_filp(&nd); /*放弃写权限*/ mnt_drop_write(nd.path.mnt); if (nd.root.mnt) /*计数减一*/ path_put(&nd.root); if (!IS_ERR(filp)) { error = ima_file_check(filp, acc_mode); if (error) { fput(filp); filp = ERR_PTR(error); } } return filp; } /*要打开的文件已经存在*/ mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex); /*保存inode节点*/ audit_inode(pathname, path.dentry); /*省略若干flag标志检查代*/ /*路径装化为相应的nameidata 结构*/ path_to_nameidata(&path, &nd); error = -EISDIR; /*如果是文件夹*/ if (S_ISDIR(path.dentry->d_inode->i_mode)) goto exit; ok: /*检测是否截断文件标志*/ will_truncate = open_will_truncate(flag, nd.path.dentry->d_inode); if (will_truncate) { /*要截断的话就要获取写权限*/ error = mnt_want_write(nd.path.mnt); if (error) goto exit; } //may_open执行权限检测、文件打开和truncate的操作 error = may_open(&nd.path, acc_mode, flag); if (error) { if (will_truncate) mnt_drop_write(nd.path.mnt); goto exit; } filp = nameidata_to_filp(&nd); if (!IS_ERR(filp)) { error = ima_file_check(filp, acc_mode); if (error) { fput(filp); filp = ERR_PTR(error); } } if (!IS_ERR(filp)) { if (acc_mode & MAY_WRITE) vfs_dq_init(nd.path.dentry->d_inode); if (will_truncate) { //处理截断 error = handle_truncate(&nd.path); if (error) { fput(filp); filp = ERR_PTR(error); } } } //安全的放弃写权限 if (will_truncate) mnt_drop_write(nd.path.mnt); if (nd.root.mnt) path_put(&nd.root); return filp; exit_mutex_unlock: mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex); exit_dput: path_put_conditional(&path, &nd); exit: if (!IS_ERR(nd.intent.open.file)) release_open_intent(&nd); exit_parent: if (nd.root.mnt) path_put(&nd.root); path_put(&nd.path); return ERR_PTR(error); //允许遍历连接文件，则手工找到连接文件对应的文件 do_link: error = -ELOOP; if (flag & O_NOFOLLOW) //不允许遍历连接文件，返回错误 goto exit_dput; /* 以下是手工找到链接文件对应的文件dentry结构代码 */ // 设置查找LOOKUP_PARENT标志 nd.flags |= LOOKUP_PARENT; //判断操作是否安全 error = security_inode_follow_link(path.dentry, &nd); if (error) goto exit_dput; // 处理符号链接 error = __do_follow_link(&path, &nd); path_put(&path); if (error) { release_open_intent(&nd); if (nd.root.mnt) path_put(&nd.root); if (error == -ESTALE && !force_reval) { force_reval = 1; goto reval; } return ERR_PTR(error); } nd.flags &= ~LOOKUP_PARENT; // 检查最后一段文件或目录名的属性情况 if (nd.last_type == LAST_BIND) goto ok; error = -EISDIR; if (nd.last_type != LAST_NORM) goto exit; if (nd.last.name[nd.last.len]) { __putname(nd.last.name); goto exit; } error = -ELOOP; // 出现回环标志: 循环超过32次 if (count++==32) { __putname(nd.last.name); goto exit; } dir = nd.path.dentry; mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex); // 更新路径的挂接点和dentry path.dentry = lookup_hash(&nd); path.mnt = nd.path.mnt; __putname(nd.last.name); goto do_last; } 阅读全文
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