Android 磁盘管理 （1）

Android磁盘管理总共涉及到四大部分源码：
1.Linux kernel： Android建立在Linux内核的基础上，最底层的部分是由Linux kernel来负责的，用于检测热插拔事件；

2.Vold：Android没有使用Linux平台下的udev来处理，于是Google写了一个类似udev功能的vold，充当了kernel与framework之间的桥梁；

3.Framework：Android的核心框架，(仅仅磁盘管理这部分)负责操作vold，给vold下发操作命令；
4.UI：Androidd的系统应用，与Framework进行交互，用于挂载/卸载SD卡。
Android挂载SD卡，流程如下：
1.用户在“设置”页面的“SD卡和手机内存”中，点击“挂载”；
2.UI从Framework获取操作磁盘的函数(向Framework注册，才能使用的函数)，然后调用挂载的处理函数；
3.该处理函数通过广播机制发送挂载命令“volume mount sdcard”，vold接受命令并挂载SD卡后，用广播通知Framework；
4.Framework收到挂载SD卡的回复，通知UI的处理结果；
5.界面显示挂载成功/挂载失败。
从这里可以看出，Android的磁盘管理涉及到整个系统框架，这是Android系统很重要的一个子系统，通过磁盘管理的子系统来熟悉Android系统架构，能够了解到Android的多方面知识。从SD卡的挂载流程可以看出，Android系统大量地使用IPC，从而做到了模块独立的效果。从磁盘管理的那四大部分来看，四个部分之间的相互联系均是使用socket进行通信，没有使用到传统的API调用，整个系统就显得非常的独立。
源码的位置：
Vold:system/vold
Framework: frameworks/base/services/java/com/Android/server
UI: Android-2.2r2/packages/apps/Settings/src/com/android/settings/deviceinfo/

Vold是Android系统处理磁盘的核心部分，取代了原来Linux系统中的udev，主要用来处理Android系统的热插拔存储设备。在Android2.2以后的系统中，vold源码已经移到了system目录下，vold目录包含以下源码：
├── Android.mk
├── Asec.h
├── CleanSpec.mk
├── CommandListener.cpp
├── CommandListener.h
├── Devmapper.cpp
├── Devmapper.h
├── DirectVolume.cpp
├── DirectVolume.h
├── Fat.cpp
├── Fat.h
├── hash.h
├── logwrapper.c
├── Loop.cpp
├── Loop.h
├── main.cpp
├── NetlinkHandler.cpp
├── NetlinkHandler.h
├── NetlinkManager.cpp
├── NetlinkManager.h
├── Process.cpp
├── Process.h
├── ResponseCode.cpp
├── ResponseCode.h
├── vdc.c
├── VoldCommand.cpp
├── VoldCommand.h
├── Volume.cpp
├── Volume.h
├── VolumeManager.cpp
├── VolumeManager.h
├── Xwarp.cpp
└── Xwarp.h

先简要说明一下类的继承关系，vold中比较重要的有以下几个类：
三大管理类：VolumeManager,CommandListener,NetlinkManager
其他处理类：Volume,DirectVolume,NetlinkHandler,Fat,ResponseCode
其他相关的类：NetlinkListener,SocketListener
1.VolumeManager管理Volume类；
2.DirectVolume类继承于Volume类，保存着磁盘信息与操作函数；
3.NetlinkManager类负责与内核uevent事件通信，期间，使用到了NetlinkListener和SocketListener类的函数；
4.Fat是格式化sd卡的函数；
5.ResponseCode保存着vold向framework反馈的值。
本文讲解main.cpp文件的源代码：
int main() {
/**********************************************************************************
**以下三个类声明三个指针对象：
**VolumeManager :管理所有存储设备(volume对象)；
**CommandListener :监听Framework下发的消息，并分析命令，调用响应的操作函数；
**NetlinkManager :监听Linux内核的热插拔事件，uevent事件
**********************************************************************************/
VolumeManager *vm;
CommandListener *cl;
NetlinkManager *nm;

SLOGI("Vold 2.1 (the revenge) firing up");
/**********************************************************************************
**在Linux系统，如scsi硬盘，U盘的设备节点默认生成在/dev/目录下，Android把这些设备
**节点改到了/dev/block/目录下。但随着热插拔事件的产生，设备节点(如sda,sdb)经常变换，
**对于vold来说，可能有点麻烦，所以在/dev/block/下新建了一个名为vold的目录，存放sda,
**sdb对应的设备节点，形如"8:0"。
**eg:sda 的主次设备号分别为8,0,于是vold就会在vold目录下创建名为"8:0"的节点，基于主次设备号
**命名，便于程序操作，增加了灵活性。
**********************************************************************************/
mkdir("/dev/block/vold", 0755);

/**********************************************************************************
**实例化vm对象，VolumeManager类调用自身的Instance函数，new了一个对象给vm。
**源码：
VolumeManager *VolumeManager::Instance() {
if (!sInstance)
sInstance = new VolumeManager();
return sInstance;
}
**********************************************************************************/
if (!(vm = VolumeManager::Instance())) {
SLOGE("Unable to create VolumeManager");
exit(1);
};

/**********************************************************************************
**实例化nm对象，NetlinkManager类调用自身的Instance函数，new了一个对象给nm。
**源码：
NetlinkManager *NetlinkManager::Instance() {
if (!sInstance)
sInstance = new NetlinkManager();
return sInstance;
}
**********************************************************************************/
if (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {
SLOGE("Unable to create NetlinkManager");
exit(1);
};

/**********************************************************************************
**实例化cl对象；
**vm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);
**setBroadcaster函数将VolumeManager的成员变量mBroadcaster设置成cl，这两个变量都是
**SocketListener的指针类型，命令执行状态广播函数就会调用这个SocketListener指针来调用
**SocketListener类的广播函数；
**为什么SocketListener类能强制转换CommandListener类呢？
**原因：继承关系：CommandListener(子类) --> FrameworkListener(子类) --> SocketListener(父类)
**将子类强制转换为父类是没错的。
**********************************************************************************/
cl = new CommandListener();
vm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);
nm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);

/**********************************************************************************
**调用start函数启动存储设备的管理类，看了源码，这函数没干什么事，估计去哪打酱油了。
**源码：
int VolumeManager::start() {
return 0;
}
**********************************************************************************/
if (vm->start()) {
SLOGE("Unable to start VolumeManager (%s)", strerror(errno));
exit(1);
}

/**********************************************************************************
**process_config函数用来解析/etc/vold.fstab的配置文件，从代码可以看出，配置文件的参数
**以空格和制表格(Tab键)分隔；系统启动起来，分析该配置文件，挂载相应的分区，相当于
**Linux系统的/etc/fstab文件。
**********************************************************************************/
if (process_config(vm)) {
SLOGE("Error reading configuration (%s)... continuing anyways", strerror(errno));
}

/**********************************************************************************
**nm对象调用start函数开启了一个线程，用来监听底层的uevent事件；这start函数干的事就
**多了，主要是打开一个udp套接字，循环监听底层事件。线程里面使用了Select函数来处理
**套接字，这设计到fd_set结构体等等的使用；
**当捕获到uevent事件，vold会将该事件通知给Framework层，Framework进行判断，然后再
**下发操作命令。
**********************************************************************************/
if (nm->start()) {
SLOGE("Unable to start NetlinkManager (%s)", strerror(errno));
exit(1);
}

coldboot("/sys/block");

/**********************************************************************************
**下面是判断Android系统是否处于ums状态，ums是大容量存储的意思，这是Android系统
**的OTG功能。OTG是on-the-go的简称，主要提供与pc机的连接；
**notifyUmsConnected函数将ums的状态通知给Framework层，于是Framework与UI配合，弹出
**一个与pc机连接的交互界面。
**********************************************************************************/
{
FILE *fp;
char state[255];

if ((fp = fopen("/sys/devices/virtual/switch/usb_mass_storage/state","r"))) {
if (fgets(state, sizeof(state), fp)) {
if (!strncmp(state, "online", 6)) {
vm->notifyUmsConnected(true);
} else {
vm->notifyUmsConnected(false);
}
} else {
SLOGE("Failed to read switch state (%s)", strerror(errno));
}

fclose(fp);
} else {
SLOGW("No UMS switch available");
}
}

/**********************************************************************************
**上面的准备工作已做完，现在是vold比较重要的一个处理线程；
**startListener是CommandListener类的父类的函数，该函数用于开启监听线程，监听
**Framework层下发给vold的命令，然后调用相应的命令操作存储设备。
**********************************************************************************/
if (cl->startListener()) {
SLOGE("Unable to start CommandListener (%s)", strerror(errno));
exit(1);
}

/**********************************************************************************
**进入一个循环，让vold保持守护进程的状态；
**vold的主要工作是由：nm->start()和cl->startListener()两个线程共同完成；这两个处理线程
**中间需要Framework来充当桥梁与boss的身份，Framework是管理这些磁盘的boss。
**********************************************************************************/
while(1) {
sleep(1000);
}

SLOGI("Vold exiting");
exit(0);
}

/**********************************************************************************
**以下这两个函数不重要，也就是打开/sys/block目录处理一些事情；这俩函数用来给vold打杂，
**社会阶级比较低，o(∩_∩)o 哈哈。
**里面有几个函数是bionic库提供的，用得比较少。
**********************************************************************************/
static void do_coldboot(DIR *d, int lvl)
{
struct dirent *de;
int dfd, fd;

dfd = dirfd(d);

fd = openat(dfd, "uevent", O_WRONLY);
if(fd >= 0) {
write(fd, "add\n", 4);
close(fd);
}

while((de = readdir(d))) {
DIR *d2;

if (de->d_name[0] == '.')
continue;

if (de->d_type != DT_DIR && lvl > 0)
continue;

fd = openat(dfd, de->d_name, O_RDONLY | O_DIRECTORY);
if(fd < 0)
continue;

d2 = fdopendir(fd);
if(d2 == 0)
close(fd);
else {
do_coldboot(d2, lvl + 1);
closedir(d2);
}
}
}

static void coldboot(const char *path)
{
DIR *d = opendir(path);
if(d) {
do_coldboot(d, 0);
closedir(d);
}
}

/**********************************************************************************
**该函数用来解析/etc/vold.fstab配置文件，文本的处理；
**可能不同的源码版本，有点差异；
**strsep是字符串的分割函数，可以看出该函数是以" \t"来分割(\t前面有一空格)，分割空格
**或制表格，所以配置文件里面空格与tab键来分割都行；
**strsep不是ANSI C的函数，但它用来取代strtok函数，strtok是线程不安全的函数。
**********************************************************************************/
static int process_config(VolumeManager *vm) {
FILE *fp;
int n = 0;
char line[255];

if (!(fp = fopen("/etc/vold.fstab", "r"))) {
return -1;
}

while(fgets(line, sizeof(line), fp)) {
char *next = line;
char *type, *label, *mount_point;

n++;
line[strlen(line)-1] = '\0';

if (line[0] == '#' || line[0] == '\0')
continue;

if (!(type = strsep(&next, " \t"))) {
SLOGE("Error parsing type");
goto out_syntax;
}
if (!(label = strsep(&next, " \t"))) {
SLOGE("Error parsing label");
goto out_syntax;
}
if (!(mount_point = strsep(&next, " \t"))) {
SLOGE("Error parsing mount point");
goto out_syntax;
}

if (!strcmp(type, "dev_mount")) {
DirectVolume *dv = NULL;
char *part, *sysfs_path;

if (!(part = strsep(&next, " \t"))) {
SLOGE("Error parsing partition");
goto out_syntax;
}
if (strcmp(part, "auto") && atoi(part) == 0) {
SLOGE("Partition must either be 'auto' or 1 based index instead of '%s'", part);
goto out_syntax;
}
/**********************************************************************************
**如果配置文件指定为auto，则为自动挂载存储设备，在实例化DirectVolume的对象，传递-1
**进去，否则将分区序数part传进去；
**********************************************************************************/
if (!strcmp(part, "auto")) {
dv = new DirectVolume(vm, label, mount_point, -1);
} else {
dv = new DirectVolume(vm, label, mount_point, atoi(part));
}

while((sysfs_path = strsep(&next, " \t"))) {
/**********************************************************************************
**将存储设备在/sys/对应的路径添加进PathCollection容器，该容器为“char *”类型；
**在/sys/里面可以获取到存储设备的热插拔事件，所以DirectVolume类的主要工作就是针对
**这里去获取uevent事件的；
**DirectVolume::handleBlockEvent(NetlinkEvent *evt)函数去得到这些事件，主要还是
**NetlinkListener类从内核捕获到的。
**********************************************************************************/
if (dv->addPath(sysfs_path)) {
SLOGE("Failed to add devpath %s to volume %s", sysfs_path,
label);
goto out_fail;
}
}
/**********************************************************************************
**如果在配置文件有找到正确的挂载参数，那么就会将DirectVolume的对象添加到VolumeCollection
**容器中，该容器存放着Volume*类型的数据，VolumeManager的对象vm是用来管理这些存储设备的；
**一块存储设备就会实例化一个Volume对象，但对于手机来说，一般只能识别到一张SD卡。
**********************************************************************************/
vm->addVolume(dv);
} else if (!strcmp(type, "map_mount")) {
} else {
SLOGE("Unknown type '%s'", type);
goto out_syntax;
}
}

fclose(fp);
return 0;

/**********************************************************************************
**从这个main函数的出错处理可以看出，系统源码经常使用到这种高效性的goto技巧，goto在
**系统中的出错处理用得很频繁，可以说几乎每个文件都使用到了goto跳转函数；
**很多文章或者教材，经常反面性的批判goto的不规则，但从这些外国的开源代码可以看出，
**那些牛人都很喜欢用goto，利用了goto来处理出错情况的技巧，显得很漂亮；
**我觉得，要从实用性的角度来评论这些语言的优缺点，并不能用否认的说法来解释，这样才能
**不断地进步；
**所以，如果在出错处理非常多的情况下，使用goto是使代码更可读，减少重复的出错判断的
**代码量。
**********************************************************************************/
out_syntax:
SLOGE("Syntax error on config line %d", n);
errno = -EINVAL;
out_fail:
fclose(fp);
return -1;
}

下篇文章开始从main函数的入口点深入分析流程。