Linux VFS文件系统之读写(read/write)文件

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#纯属个人理解,如有问题敬请谅解!

#kernel version: 2.6.26

#Author: andy wang

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一: 概述

  在上文中讨论了VFS层是如何打开一个文件的,本文就来讨论VFS读写文件的通用接口.

 

还是根据这个图来看一下VFS读写的流程. VFS会根据文件描述符fd的值在当前进程的文件描述表中找到对应的file ,然后找到f_op指向的索引节点inode文件操作方法,最后调用inode指向的文件读写函数完成文件的读写 ,此时VFS层读写文件的工作就完成了.

二: VFS read的实现流程

  首先看看read/write的软件流程图:

从软件流程图中可以看出来, VFS处理文件的读写流程基本都是一样的.

首先按照这个流程看看read 具体是如何实现的:

asmlinkage ssize_t sys_read(unsigned int fd, char __user * buf, size_t count){         struct file *file;         ssize_t ret = -EBADF;         int fput_needed;          file = fget_light(fd, &fput_needed);  //获取file         if (file) {                   loff_t pos = file_pos_read(file); //读取文件读写位置                   ret = vfs_read(file, buf, count, &pos);  //VFS 读文件                   file_pos_write(file, pos);  //回写文件读写位置                   fput_light(file, fput_needed);          }          return ret;}

因为在我们在open文件时就把文件相关的信息放在了文件描述表的file结构中(见上文) ,所以在读一个文件前,我们需要在当前进程的文件描述表中找到这个file结构 ,那么这个file结构是如何找到的呢？

那么就来看看 fget_light()代码是如何实现的:

struct file *fget_light(unsigned int fd, int *fput_needed){         struct file *file;         struct files_struct *files = current->files;  //取得当前进程的files_struct ,我们需要找到文件描述表          *fput_needed = 0;         if (likely((atomic_read(&files->count) == 1))) {                   file = fcheck_files(files, fd);   // 由fd值, 取得 file         } else {                   rcu_read_lock();                   file = fcheck_files(files, fd);                   if (file) {                            if (atomic_inc_not_zero(&file->f_count))                                     *fput_needed = 1;                            else                                     /* Didn't get the reference, someone's freed */                                     file = NULL;                   }                   rcu_read_unlock();         }          return file;}

其中关键的一个函数为fcheck_files()  ,看看代码:

static inline struct file * fcheck_files(struct files_struct *files, unsigned int fd){         struct file * file = NULL;         struct fdtable *fdt = files_fdtable(files);          if (fd < fdt->max_fds)                   file = rcu_dereference(fdt->fd[fd]);         return file;}

函数files_fdtable(),就是去读取当前进程的文件描述表 , rcu_dereference()会根据文件描述符fd取得文件描述表中的file.

接下来获取文件读写位置file->f_pos ,这个值可以通过系统调用llseek修改.

既然我们已经在当前进程的文件描述表中找到了file , 下面就需要调用保存在file中的文件操作方法(open时初始化) .

看看下面的代码就很清楚了:

ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos){         ssize_t ret;          if (!(file->f_mode & FMODE_READ))  //判断文件是否可读                   return -EBADF;         if (!file->f_op || (!file->f_op->read && !file->f_op->aio_read))  //是否定义文件读方法                   return -EINVAL;         if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count)))                     return -EFAULT;          ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count);  //读校验 ,         if (ret >= 0) {                   count = ret;                   if (file->f_op->read)                              ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);  //调用文件读操作方法                   else                            ret = do_sync_read(file, buf, count, pos);  //通用文件模型读方法                   if (ret > 0) {                            fsnotify_access(file->f_path.dentry);                            add_rchar(current, ret);                   }                   inc_syscr(current);         }          return ret;}

上面的代码实现很简单,在做了一些条件判断以后 ,如果该文件索引节点inode定义了文件的读实现方法的话,就调用此方法. Linux下特殊文件读往往是用此方法, 一些伪文件系统如:proc,sysfs等,读写文件也是用此方法 . 而如果没有定义此方法就会调用通用文件模型的读写方法.它最终就是读内存,或者需要从存储介质中去读数据.

 

三: VFS write的实现流程

  其实VFS写文件的流程和读文件是一样的,只是调用文件操作方法不同而已 .

我们只需要看看vfs_write()的代码就可以了：

ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos){         ssize_t ret;          if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))                   return -EBADF;         if (!file->f_op || (!file->f_op->write && !file->f_op->aio_write))                   return -EINVAL;         if (unlikely(!access_ok(VERIFY_READ, buf, count)))                   return -EFAULT;          ret = rw_verify_area(WRITE, file, pos, count);         if (ret >= 0) {                   count = ret;                   if (file->f_op->write)                            ret = file->f_op->write(file, buf, count, pos);                    else                            ret = do_sync_write(file, buf, count, pos);                   if (ret > 0) {                            fsnotify_modify(file->f_path.dentry);                            add_wchar(current, ret);                   }                   inc_syscw(current);         }          return ret;}

可以看出这个函数和vfs_read()都是差不多的,只是调用的文件操作方法不同而已(file->f_op->write) ,如果没有定义file->f_op->write ,同样也需要do_sync_write()调用同样文件写操作, 首先把数据写到内存中,然后在适当的时候把数据同步到具体的存储介质中去.

 

四: 小结

    其实到这里我们已经可以深深领会到linux VFS的重要性了, 它就是为文件系统提供一个通用的接口模型,是linux文件系统的奠基石.VFS也是一个比较大的系统,要想清楚的知道其中的来龙去脉,还的要去潜心研究代码了..