Разработка ядра Linux - Роберт Лав

  const struct iovec *vector, unsigned long count, loff_t *offset);

Эта функция вызывается из системного вызова writev() для записи в указанный файл буферов, описанных параметром vector; количество буферов равно count. После этого должно быть соответственным образом увеличено значение текущей позиции в файле.

• ssize_t sendfile(struct file *file,

  loff_t *of fset, size_t size, read_actor_t actor, void *target);

Эта функция вызывается из системного вызова sendfile() для копирования данных из одного файла в другой. Она выполняет операцию копирования исключительно в режиме ядра и позволяет избежать дополнительного копирования данных в пространство пользователя.

• ssize_t sendpage(struct file *file,

  struct page *page, int offset, size_t size,

  loff_t *pos, int more);

Эта функция используется для отправки данных из одного файла в другой.

• unsigned long get_unmapped_area(struct file*file,

  unsigned long addr, unsigned long len, unsigned long offset,

  unsigned long flags);

Эта функция получает неиспользуемое пространство адресов для отображения данного файла.

• int check_flags(int flags);

Эта функция используется для проверки корректности флагов, которые передаются в системный вызов fcntl(), при использовании команды SETFL. Как и в случае многих операций подсистемы VFS, для файловой системы нет необходимости реализовать функцию check_flags(). Сейчас это сделано только для файловой системы NFS. Эта функция позволяет файловой системе ограничить некорректные значения флагов команды SETFL в обобщенном системном вызове fcntl(). Для файловой системы NFS не разрешается использовать комбинацию флагов O_APPEND и O_DIRECT.

• int flock(struct file *filp, int cmd, struct file_lock *fl);

Эта функция используется для реализации системного вызова flock(), который служит для выполнения рекомендованных блокировок.

Структуры данных, связанные с файловыми системами

В дополнение к фундаментальным объектам подсистемы VFS, ядро использует и другие стандартные структуры данных для управления данными, связанными с файловыми системами. Первый объект используется для описания конкретного типа файловой системы, как, например, ext3 или XFS. Вторая структура данных используется для описания каждого экземпляра смонтированной файловой системы.

Поскольку операционная система Linux поддерживает множество файловых систем, то ядро должно иметь специальную структуру для описания возможностей и поведения каждой файловой системы.

struct file_system_type {

 const char      *name;     /* название файловой системы */

 struct subsystem subsys;   /* объект подсистемы sysfs */

 int              fs_flags; /* флаги типа файловой системы */

 /* следующая функция используется для считывания суперблока с диска */

 struct super_block*(*get_sb)(

  struct file_system_type*, int, char*, void*);

 /* эта функция используется для прекращения доступа к суперблоку */

 void (*kill_sb)(struct super_block*);

 struct module     *owner;      /* соответствующий модуль (если есть) */

 struct file_system_type *next; /* следующая файловая система в списке */

 struct list_head   fs_supers;  /* список объектов типа суперблок */

};

Функция get_sb() служит для считывания суперблока с диска и заполнения объекта суперблока соответствующими данными при монтировании файловой системы. Остальные параметры описывают свойства файловой системы.

Для каждого типа файловой системы существует только одна структура file_system_type, независимо от того, сколько таких файловых систем смонтировано и смонтирован ли хотя бы один экземпляр соответствующей файловой системы.

Значительно интереснее становится, когда файловая система монтируется, при этом создается структура vfsmount. Эта структура используется для представления конкретного экземпляра файловой системы, или, другими словами, точки монтирования.

Структура vfsmount определена в файле <linux/mount.h> следующим образом.

struct vfsmount {

 struct list_head   mnt_hash;       /* список хеш-таблицы */

 struct vfsmount   *mnt_parent;     /* родительская файловая система */

 struct dentry     *mnt_mountpoint; /* объект элемента каталога

                                       точки монтирования */

 struct dentry     *mnt_root;       /* объект элемента каталога корня

                                        данной файловой системы */

 struct super_block *mnt_sb; /* суперблок данной файловой системы */

 struct list_head   mnt_mounts;     /* список файловых систем,

                                       смонтированных к данной */

 struct list_head   mnt_child;      /* потомки, связанные с родителем */

 atomic_t           mnt_count;      /* счетчик использования */

 int                mnt_flags;      /* флаги монтирования */

 char               *mnt_devname;   /* имя смонтированного устройства */

 struct list_head   mnt_list;       /* список дескрипторов */

 struct list_head   mnt_fslinkk;    /* истекший список, специфичный

                                       для файловой системы */

 struct namespace   *mnt_namespace; /* связанное пространство имен */

};

Самая сложная задача — это поддержание списка всех точек монтирования и взаимоотношений между данной файловой системой и другими точками монтирования. Эта информация хранится в различных связанных списках структуры vfsmount.

Структура vfsmount также содержит поле mnt_flags. В табл. 12.1 приведен список стандартных флагов монтирования.

Таблица 12.1. Список стандартных флагов монтирования

Флаг Описание MNT_NOSUID Запрещает использование флагов setuid и setgid для бинарных файлов на файловой системе MNT_NODEV Запрещает доступ к файлам устройств на файловой системе MNT_NOEXEC Запрещает выполнение программ на файловой системе

Эти флаги полезны, в основном, для сменных носителей, которым администратор не доверяет.

Структуры данных, связанные с процессом

Каждый процесс в системе имеет свои открытые файлы, корневую файловую систем); текущий рабочий каталог, точки монтирования и т.д. Следующие три структуры данных связывают вместе подсистему VFS и процессы, которые выполняются в системе. Это структуры files_struct, fs_struct и namespace.

Структура files_struct определена в файле <linux/file.h>. Адрес этой структуры хранится в поле files дескриптора процесса. В данной структуре хранится вся информация процесса об открытых файлах и файловых дескрипторах. Эта структура, с комментариями, имеет следующий вид.

struct files_struct {

 atomic_t    count;              /* счетчик ссылок на данную структуру */

 spinlock_t  file_lock; /* блокировка для защиты данной структуры */

 int         max_fds; /* максимальное количество файловых объектов */

 int         max_fdset;          /* максимальное количество

                                    файловых дескрипторов */

 int         next_fd; /* номер следующего файлового дескриптора */

 struct file **fd;               /* массив всех файловых объектов */

 fd_set      *close on exec;     /* файловые дескрипторы, которые должны

                                    закрываться при вызове exec() */

 fd_set      *open_fds; /* указатель на дескрипторы открытых файлов */

 fd_set      close_on_exec init; /* первоначальные файлы для закрытия

                                    при вызове exec() */

 fd_set       open_fds_init;     /* первоначальный набор

                                    файловых дескрипторов */

 struct file *fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; /* массив файловых объектов */

};

Массив fd указывает на список открытых файловых объектов. По умолчанию это массив fd_array. Так как по умолчанию значение константы NR_OPEN_DEFAULT равно 32, то это соответствует 32 файловым объектам. Если процесс открывает больше 32 файловых объектов, то ядро выделяет новый массив и присваивает полю fd указатель на него. При таком подходе доступ к небольшому количеству файловых объектов осуществляется быстро, потому что они хранятся в статическом массиве. В случае, когда процесс открывает аномально большое количество файлов, ядро может создать новый массив. Если большинство процессов в системе открывает больше 32 файлов, то для получения оптимальной производительности администратор может увеличить значение константы NR_OPEN_DEFAULT с помощью директивы препроцессора. Следующая структура данных, связанная с процессом, — это структура fs_struct, которая содержит информацию, связанную с процессом, и на которую указывает поле fs дескриптора процесса. Эта структура определена в файле <linux/fs_struct.h> и имеет следующий вид с поясняющими комментариями.