嵌入式复位流程研究与优化

背景

嵌入式系统中，一般均可通过写寄存器的方式进行整个系统的复位。该种复位方式类似于直接下电。若在复位时，存在对文件系统的读写，则可能造成文件系统的损坏。因此，在复位前，需要针对文件系统进行保护。

老复位流程

老复位流程如下：
（1） 调整当前任务优先级为99；
（2） 给所有进程（除自己）发SIGTERM以及SIGKILL信号；
（3） 关闭所有fd；
（4） umount所有文件系统；
（5） 写寄存器复位
若直接使用该流程，在复位过程中，会看到大量与错误打印，大多数和套接字、消息队列等有关系。查看系统错误码(0x9)含义为bad file description。对比上述流程，在步骤（3）中就会将所有fd关闭。对于Linux操作系统，“一切皆文件”，因此系统中套接字、消息队列等等均需使用fd。在telnet控制台上输入ls –al /proc/进程pid/fd，即可查看进程已打开的所有fd，打印如下(仅列出部分)：

lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 1 -> socket:[232]l-wx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 10 -> pipe:[23561]lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 101 -> /MsgQ202lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 102 -> socket:[24765]lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 103 -> socket:[24766]lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 104 -> socket:[24767]lrwx------    1 root     root            64 Mar  2 05:54 105 -> /MsgQ2

问题分析

出现刷屏打印，是由于错误地关闭了socket、消息队列等的fd，接收任务使用这些fd时，fd已经非法，导致刷屏打印。另一方面，关闭fd的目的实际上是为了后面umount文件系统，所以，我们不需要关闭所有已打开的fd，只需要关闭与文件系统有关的文件即可。

问题解决

通过fstat甄别

与fd有关的首先想到的是fstat函数，原型如下：

int fstat(int filedes, struct stat *buf);

通过传递fd，可以获取一个struct stat结构，struct stat结构如下：

struct stat {    dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */    ino_t     st_ino;     /* inode number */    mode_t    st_mode;    /* protection */    nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */    uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */    gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */    dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */    off_t     st_size;    /* total size, in bytes */    blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O */    blkcnt_t  st_blocks;  /* number of blocks allocated */    time_t    st_atime;   /* time of last access */    time_t    st_mtime;   /* time of last modification */    time_t    st_ctime;   /* time of last status change */};

通过下列宏，可以判断出当前文件的文件类型，参数为stat结构中的st_mode：
S_ISREG() 普通文件
S_ISRDIR() 目录文件
S_ISCHR() 字符特殊文件
S_ISBLK() 块特殊文件
S_ISFIFO() 管道或FIFO
S_ISLNK() 符号链接
S_ISSOCK() 套接字
在程序中首先针对fd调用fstat，然后使用S_ISREG进行判断，当为普通文件时，才执行close操作。使用该方案后，仍然会打印消息队列相关的失败。而之前套接字相关的打印已经消失，说明，我们已经剥离出了fd是socket的情况，但是仍然没有剥离出是消息队列的情况。
通过阅读APUE，POSIX.1允许将进程间通信（IPC）对象（如消息队列和信号量等）说明为文件。可以使用下面的宏来进行判断，参数是stat结构指针：
S_TYPEISMQ() 消息队列
S_TYPEISSEM() 信号量
S_TYPEISSHM() 共享存储对象
在代码里再次加入这些判断，即必须为普通文件(S_ISREG)且不能为消息队列、信号量、以及共享存储对象中的任意一个，加入后仍然刷打印。注意到，APUE中提到的进程间通信，而我们刷打印的应该是一个线程级别的消息队列。

转化为绝对路径甄别

另外一种思路，就是将fd转化为绝对路径，通过判断绝对路径中，是否含有存储设备的挂载点(/ata1,/ata2,/flashDev,/bin/tool)，仅关闭含有挂载点的文件。这里使用的函数是readlink函数，该函数获取一个符号链接所指向的路径。在/proc/进程号/fd目录下的，实际上均是符号链接，我们只需要遍历fd下的所有文件，获取其链接指向的路径，然后判断其中是否有挂载点即可。
为了验证该方法的准确性，我们首先使用creat函数，在/ata1下创建一个目录：

creat "/ata1/test",0677value = 264 = 0x108

返回值264即为打开的文件指针，然后去/proc/进程ID/fd目录下寻找该fd，如下：

l-wx------    1 root     root            64 Mar  2 12:25 264 -> /ata1/test

通过在复位前的LOG，我们确实针对该fd进行了关闭。