Разработка ядра Linux - Роберт Лав

Объект суперблок представляется с помощью структуры struct super_block, которая определена в файле <linux/fs.h>. Она выглядит следующим образом (комментарии описывают назначение каждого поля).

struct super_block {

 struct list_head         s_list;           /* список всех суперблоков */

 dev_t                    s_dev;            /* идентификатор */

 unsigned long            s_blocksize;      /* размер блока в байтах */

 unsigned long            s_old_blocksize;  /* старый размер блока

                                               в байтах */

 unsigned char            s_blocksize_bits; /* размер блока в битах */

 unsigned char            s_dirt;           /* флаг того,

                                               что суперблок изменен */

 unsigned long long       s_maxbytes; /* максимальный размер файла */

 struct file_system_type  *s_type;          /* тип файловой системы */

 struct super_operations  *s_op;            /* операции суперблока */

 struct dquot_operations  *dq_op;           /* операции с квотами */

 struct quotactl_ops      *s_qcop; /* операции управления квотами */

 struct export_operations *s_export_op;     /* операции экспортирования */

 unsigned long            s_flags;          /* флаги монтирования */

 unsigned long            s_magic; /* магический номер файловой системы */

 struct dentry            *s_root; /* каталог, точка монтирования */

 struct rw_semaphore      s_umount;         /* семафор размонтирования */

 struct semaphore         s_lock;           /* семафор суперблока */

 int                      s_count; /* счетчик ссылок на суперблок */

 int                      s_syncing;        /* флаг синхронизации

                                               файловой системы */

 int                      s_need_sync_fs; /* флаг того, что файловая

                                       система еще не синхронизирована */

 atomic_t                 s_active;         /* счетчик активных ссылок */

 void                     *s_security;      /* модуль безопасности */

 struct list_head         s_dirty; /* список измененных индексов */

 struct list_head         s_io;             /* список обратной записи */

 struct hlist_head        s_anon;           /* анонимные элементы каталога

                                               для экспортирования */

 struct list_head         s_files;          /* список связанных файлов */

 struct block_device      *s_bdev;          /* соответствующий драйвер

                                               блочного устройства */

 struct list_head         s_instances;      /* список файловых систем

                                               данного типа */

 struct quota_info        s_dquot;          /* параметры квот */

 char                     s_id[32];         /* текстовое имя */

 void                     *s_fs_info;       /* специфическая информация

                                               файловой системы */

 struct semaphore         s_vfs_rename_sem; /* семафор переименования */

};

Код для создания, управления и ликвидации объектов суперблок находится в файле fs/super.c. Объект суперблок создается и инициализируется в функции alloc_super(). Эта функция вызывается при монтировании файловой системы, которая считывает суперблок файловой системы с диска и заполняет поля объекта суперблок.

Операции суперблока

Наиболее важный элемент суперблока — это поле s_op, которое является указателем на таблицу операций суперблока. Таблица операций суперблока представлена с помощью структуры struct super_operations, которая определена в файле <linux/fs.h>. Она выглядит следующим образом.

struct super_operations {

 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);

 void (*destroy_inode)(struct inode*);

 void (*read_inode)(struct inode*);

 void (*dirty_inode)(struct inode*);

 void (*write_inode)(struct inode*, int);

 void (*put inode)(struct inode*);

 void (*drop_inode)(struct inode*);

 void (*delete_inode)(struct inode*);

 void (*put_super)(struct super_block*);

 void (*write_super)(struct super block*);

 int (*sync_fs)(struct super_block*, int);

 void (*write_super_lockfs)(struct super_block*);

 void (*unlockfs)(struct super_block*);

 int (*statfs)(struct super_block*, struct statfs*);

 int (*remount_fs)(struct super_block*, int*, char*);

 void (*clear_inode)(struct inode*);

 void (*umount_begin)(struct super block*);

 int (*show_options)(struct seq_file*, struct vfsmount*);

};

Каждое поле этой структуры представляет собой указатель на функцию, которая работает с объектом суперблок. Операции суперблока выполняют низкоуровневые действия с файловой системой и ее файловыми индексами.

Когда для файловой системы необходимо выполнить операции с суперблоком, то выполняется разыменование указателя на суперблок, и далее получается указатель на необходимый метод. Например, если файловой системе необходимо записать суперблок, то вызывается следующая функция.

sb->s_op->write_super(sb);

где параметр sb — это указатель на суперблок файловой системы. Следуя по указателю s_op, получаем таблицу операций суперблока и, наконец, необходимую функцию write_super(), которая вызывается непосредственно. Следует обратить внимание на то, что вызову функции write_super() необходимо передать указатель на суперблок в качестве параметра, несмотря на то что метод связан с суперблоком. Это происходит от того, что язык программирования С не объектно-ориентирован. В C++ аналогичный вызов может быть выполнен следующим образом.

sb.write_super();

В языке С нет простого способа получить указатель на объект, для которого вызван метод, поэтому его необходимо передавать явно.

Рассмотрим операции суперблока, которые описаны в структуре super_operations.

• struct inode* alloc_inode(struct super_block *sb) — эта функция создает и инициализирует новый объект файлового индекса, связанного с данным суперблоком.

• void destroy_inode(struct inode *inode) — эта функция уничтожает данный объект индекса файла.

• void read_inode(struct inode *inode) — эта функция считывает с диска файловый индекс с номером inode->i_ino и заполняет все остальные поля структуры данных индекса.

• void dirty_inode(struct inode *inode) — эта функция вызывается подсистемой VFS, когда в индекс вносятся изменения (dirty). Журналируемые файловые системы (как, например, ext3) используют эту функцию для обновления журнала.

• void write_inode(struct inode inode*, int wait) — эта функция записывает указанный индекс на диск. Параметр wait указывает, должна ли данная операция выполняться синхронно.

• void put_inode(struct inode *inode) — эта функция освобождает указанный индекс.

• void drop_inode(struct inode *inode) — эта функция вызывается подсистемой VFS, когда исчезает последняя ссылка на индекс. Обычные файловые системы Unix никогда не определяют эту функцию, в таком случае подсистема VFS просто удаляет индекс. Вызывающий код должен удерживать блокировку inode_lock.

• void delete_inode(struct inode *inode) — эта функция удаляет индекс файла с диска.

• void put_super(struct super_block *sb) — эта функция вызывается подсистемой VFS при размонтировании файловой системы, чтобы освободить указанный суперблок.

• void write_super(struct super_block *sb) — эта функция обновляет суперблок на диске данными из указанного суперблока. Подсистема VFS вызывает эту функцию для синхронизации измененного суперблока в памяти с данными суперблока на диске.

• int sync_fs(struct super_block *sb, int wait) — эта функция синхронизирует метаданные файловой системы с данными на диске. Параметр wait указывает, должна ли операция быть синхронной или асинхронной.

• void write_super_lockfs(struct super_block *sb) — эта функция предотвращает изменения файловой системы и затем обновляет данные суперблока на диске данными из указанного суперблока. Сейчас она используется диспетчером логических томов (LVM, Logical Volume Manager).

• void unlockfs(struct super_block *sb) — эта функция разблокирует файловую систему после выполнения функции write_super_lockfs().

• int statfs(struct super_block *sb, struct statfs *statfs) — эта функция вызывается подсистемой VFS для получения статистики файловой системы, Статистика указанной файловой системы записывается в структуру statfs.

• int remount_fs(struct super_block *sb, int *flags, char *data) — эта функция вызывается подсистемой VFS, когда файловая система монтируется с другими параметрами монтирования.

• void clear_inode(struct inode*) — эта функция вызывается подсистемой VFS для освобождения индекса и очистки всех страниц памяти, связанных с индексом.