Linux虚拟文件系统之文件打开（sys_open()）

Linux虚拟文件系统之文件打开（sys_open()）

1. /*sys_open*/  
2. SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)  
3. {  
4.     long ret;  
5.     /*检查是否应该不考虑用户层传递的标志、总是强行设置 
6.     O_LARGEFILE标志。如果底层处理器的字长不是32位，就是这种 
7.     情况*/  
8.     if (force_o_largefile())  
9.         flags |= O_LARGEFILE;  
10.     /*实际工作*/  
11.     ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);  
12.     /* avoid REGPARM breakage on x86: */  
13.     asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);  
14.     return ret;  
15. }  

实际实现工作

1. <pre class="cpp" name="code">long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, int mode)  
2. {  
3.     /*从进程地址空间读取该文件的路径名*/  
4.     char *tmp = getname(filename);  
5.     int fd = PTR_ERR(tmp);  
6.   
7.     if (!IS_ERR(tmp)) {  
8.         /*在内核中，每个打开的文件由一个文件描述符表示 
9.         该描述符在特定于进程的数组中充当位置索引(数组是 
10.         task_struct->files->fd_arry)，该数组的元素包含了file结构，其中 
11.         包括每个打开文件的所有必要信息。因此，调用下面 
12.         函数查找一个未使用的文件描述符,返回的是上面 
13.         说的数组的下标*/  
14.         fd = get_unused_fd_flags(flags);  
15.         if (fd >= 0) {  
16.             /*fd获取成功则开始打开文件，此函数是主要完成打开功能的函数*/  
17.             struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, flags, mode, 0);  
18.             if (IS_ERR(f)) {  
19.                 put_unused_fd(fd);  
20.                 fd = PTR_ERR(f);  
21.             } else {  
22.                 fsnotify_open(f->f_path.dentry);  
23.                 fd_install(fd, f);  
24.             }  
25.         }  
26.         putname(tmp);  
27.     }  
28.     return fd;  
29. }  

打开文件主体实现

1. /* 
2.  * Note that the low bits of the passed in "open_flag" 
3.  * are not the same as in the local variable "flag". See 
4.  * open_to_namei_flags() for more details. 
5.  */  
6. struct file *do_filp_open(int dfd, const char *pathname,  
7.         int open_flag, int mode, int acc_mode)  
8. {  
9.     struct file *filp;  
10.     struct nameidata nd;  
11.     int error;  
12.     struct path path;  
13.     struct dentry *dir;  
14.     int count = 0;  
15.     int will_write;  
16.       /*改变参数flag的值，具体做法是flag+1*/  
17.     int flag = open_to_namei_flags(open_flag);  
18.     /*设置访问权限*/  
19.     if (!acc_mode)  
20.         acc_mode = MAY_OPEN | ACC_MODE(flag);  
21.   
22.     /* O_TRUNC implies we need access checks for write permissions */  
23.       
24.     /*根据 O_TRUNC标志设置写权限 */  
25.     if (flag & O_TRUNC)  
26.         acc_mode |= MAY_WRITE;  
27.   
28.     /* Allow the LSM permission hook to distinguish append  
29.        access from general write access. */  
30.        /* 设置O_APPEND 标志*/  
31.     if (flag & O_APPEND)  
32.         acc_mode |= MAY_APPEND;  
33.   
34.     /* 
35.      * The simplest case - just a plain lookup. 
36.      */  
37.       /*如果不是创建文件*/  
38.     if (!(flag & O_CREAT)) {  
39.         /*当内核要访问一个文件的时候，第一步要做的是找到这个文件， 
40.         而查找文件的过程在vfs里面是由path_lookup或者path_lookup_open函数来完成的。 
41.         这两个函数将用户传进来的字符串表示的文件路径转换成一个dentry结构， 
42.         并建立好相应的inode和file结构，将指向file的描述符返回用户。用户随后 
43.         通过文件描述符，来访问这些数据结构*/  
44.         error = path_lookup_open(dfd, pathname, lookup_flags(flag),  
45.                      &nd, flag);  
46.         if (error)  
47.             return ERR_PTR(error);  
48.         goto ok;/*跳过下面的创建部分*/  
49.     }  
50.   
51.     /* 
52.      * Create - we need to know the parent. 
53.      */  
54.      /*到此则是要创建文件*/  
55.     /* path-init为查找作准备工作，path_walk真正上路查找， 
56.     这两个函数联合起来根据一段路径名找到对应的dentry */  
57.     error = path_init(dfd, pathname, LOOKUP_PARENT, &nd);  
58.     if (error)  
59.         return ERR_PTR(error);  
60.     error = path_walk(pathname, &nd);  
61.     if (error) {  
62.         if (nd.root.mnt)  
63.             path_put(&nd.root);  
64.         return ERR_PTR(error);  
65.     }  
66.     if (unlikely(!audit_dummy_context()))  
67.         /*保存inode节点信息*/  
68.         audit_inode(pathname, nd.path.dentry);  
69.   
70.     /* 
71.      * We have the parent and last component. First of all, check 
72.      * that we are not asked to creat(2) an obvious directory - that 
73.      * will not do. 
74.      */  
75.     error = -EISDIR;  
76.     /*父节点信息*/  
77.     if (nd.last_type != LAST_NORM || nd.last.name[nd.last.len])  
78.         goto exit_parent;  
79.   
80.     error = -ENFILE;  
81.      /*获取文件指针*/  
82.     filp = get_empty_filp();  
83.     if (filp == NULL)  
84.         goto exit_parent;  
85.     /*填充nameidata 结构*/  
86.     nd.intent.open.file = filp;  
87.     nd.intent.open.flags = flag;  
88.     nd.intent.open.create_mode = mode;  
89.     dir = nd.path.dentry;  
90.     nd.flags &= ~LOOKUP_PARENT;  
91.     nd.flags |= LOOKUP_CREATE | LOOKUP_OPEN;  
92.     if (flag & O_EXCL)  
93.         nd.flags |= LOOKUP_EXCL;  
94.     mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex);  
95.     /*从哈希表中查找目的文件对应的dentry,上面路径搜索的是父节点 
96.     也就是目的文件的上一层目录，为了得到目的文件的 
97.     path结构，我们用nd中的last结构和上一层目录的dentry结构 
98.     可以找到*/  
99.     path.dentry = lookup_hash(&nd);  
100.     path.mnt = nd.path.mnt;  
101.     /*到此目标节点的path结构已经找到*/  
102. do_last:  
103.     error = PTR_ERR(path.dentry);  
104.     if (IS_ERR(path.dentry)) {  
105.         mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex);  
106.         goto exit;  
107.     }  
108.   
109.     if (IS_ERR(nd.intent.open.file)) {  
110.         error = PTR_ERR(nd.intent.open.file);  
111.         goto exit_mutex_unlock;  
112.     }  
113.   
114.     /* Negative dentry, just create the file */  
115.     /*如果此dentry结构没有对应的inode节点，说明是无效的，应该创建文件节点 */  
116.     if (!path.dentry->d_inode) {  
117.         /* 
118.          * This write is needed to ensure that a 
119.          * ro->rw transition does not occur between 
120.          * the time when the file is created and when 
121.          * a permanent write count is taken through 
122.          * the 'struct file' in nameidata_to_filp(). 
123.          */  
124.          /*write权限是必需的*/  
125.         error = mnt_want_write(nd.path.mnt);  
126.         if (error)  
127.             goto exit_mutex_unlock;  
128.         /*按照namei格式的flag open*,主要是创建inode*/  
129.         error = __open_namei_create(&nd, &path, flag, mode);  
130.         if (error) {  
131.             mnt_drop_write(nd.path.mnt);  
132.             goto exit;  
133.         }  
134.         /*根据nameidata 得到相应的file结构*/  
135.         filp = nameidata_to_filp(&nd, open_flag);  
136.         if (IS_ERR(filp))  
137.             ima_counts_put(&nd.path,  
138.                        acc_mode & (MAY_READ | MAY_WRITE |  
139.                            MAY_EXEC));  
140.         /*放弃写权限*/  
141.         mnt_drop_write(nd.path.mnt);  
142.         if (nd.root.mnt)  
143.             path_put(&nd.root);  
144.         return filp;  
145.     }  
146.   
147.     /* 
148.      * It already exists. 
149.      */  
150.       /*要打开的文件已经存在*/  
151.     mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex);  
152.     /*保存inode节点*/  
153.     audit_inode(pathname, path.dentry);  
154.   
155.     error = -EEXIST;  
156.     if (flag & O_EXCL)  
157.         goto exit_dput;  
158.     /*如果path上安装了文件系统，则依次往下找，直到找到 
159.     的文件系统没有安装别的文件系统，更新path结构为 
160.     此文件系统的根目录信息*/  
161.     if (__follow_mount(&path)) {  
162.         error = -ELOOP;  
163.         if (flag & O_NOFOLLOW)  
164.             goto exit_dput;  
165.     }  
166.   
167.     error = -ENOENT;  
168.     if (!path.dentry->d_inode)  
169.         goto exit_dput;  
170.     if (path.dentry->d_inode->i_op->follow_link)  
171.         goto do_link;/*顺次遍历符号链接*/  
172.     /*路径转化为相应的nameidata 结构*/  
173.     path_to_nameidata(&path, &nd);  
174.     error = -EISDIR;  
175.     /*如果是文件夹*/  
176.     if (path.dentry->d_inode && S_ISDIR(path.dentry->d_inode->i_mode))  
177.         goto exit;  
178.     /*到这里，nd结构中存放的信息已经是最后的目的文件信息*/  
179. ok:  
180.     /* 
181.      * Consider: 
182.      * 1. may_open() truncates a file 
183.      * 2. a rw->ro mount transition occurs 
184.      * 3. nameidata_to_filp() fails due to 
185.      *    the ro mount. 
186.      * That would be inconsistent, and should 
187.      * be avoided. Taking this mnt write here 
188.      * ensures that (2) can not occur. 
189.      */  
190.     will_write = open_will_write_to_fs(flag, nd.path.dentry->d_inode);  
191.     if (will_write) {  
192.         error = mnt_want_write(nd.path.mnt);  
193.         if (error)  
194.             goto exit;  
195.     }  
196.     /*may_open执行权限检测、文件打开和truncate的操作*/  
197.     error = may_open(&nd.path, acc_mode, flag);  
198.     if (error) {  
199.         if (will_write)  
200.             mnt_drop_write(nd.path.mnt);  
201.         goto exit;  
202.     }  
203.     /*将nameidata转化为file*/  
204.     filp = nameidata_to_filp(&nd, open_flag);  
205.     if (IS_ERR(filp))  
206.         ima_counts_put(&nd.path,  
207.                    acc_mode & (MAY_READ | MAY_WRITE | MAY_EXEC));  
208.     /* 
209.      * It is now safe to drop the mnt write 
210.      * because the filp has had a write taken 
211.      * on its behalf. 
212.      */  
213.     if (will_write)  
214.         /*释放写权限*/  
215.         mnt_drop_write(nd.path.mnt);  
216.     if (nd.root.mnt)  
217.         /*释放引用计数*/  
218.         path_put(&nd.root);  
219.     return filp;  
220.   
221. exit_mutex_unlock:  
222.     mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex);  
223. exit_dput:  
224.     path_put_conditional(&path, &nd);  
225. exit:  
226.     if (!IS_ERR(nd.intent.open.file))  
227.         release_open_intent(&nd);  
228. exit_parent:  
229.     if (nd.root.mnt)  
230.         path_put(&nd.root);  
231.     path_put(&nd.path);  
232.     return ERR_PTR(error);  
233. /*允许遍历连接文件，则手工找到连接文件对应的文件*/  
234. do_link:  
235.     error = -ELOOP;  
236.     if (flag & O_NOFOLLOW)  
237.         goto exit_dput;/*不允许遍历连接文件，返回错误*/  
238.     /* 
239.      * This is subtle. Instead of calling do_follow_link() we do the 
240.      * thing by hands. The reason is that this way we have zero link_count 
241.      * and path_walk() (called from ->follow_link) honoring LOOKUP_PARENT. 
242.      * After that we have the parent and last component, i.e. 
243.      * we are in the same situation as after the first path_walk(). 
244.      * Well, almost - if the last component is normal we get its copy 
245.      * stored in nd->last.name and we will have to putname() it when we 
246.      * are done. Procfs-like symlinks just set LAST_BIND. 
247.      */  
248.      /*以下是手工找到链接文件对应的文件dentry结构代码 
249.           */  
250.           /*设置查找LOOKUP_PARENT标志*/  
251.     nd.flags |= LOOKUP_PARENT;  
252.     /*判断操作是否安全*/  
253.     error = security_inode_follow_link(path.dentry, &nd);  
254.     if (error)  
255.         goto exit_dput;  
256.     /*处理符号链接,即路径搜索，结果放入nd中*/  
257.     error = __do_follow_link(&path, &nd);  
258.     if (error) {  
259.         /* Does someone understand code flow here? Or it is only 
260.          * me so stupid? Anathema to whoever designed this non-sense 
261.          * with "intent.open". 
262.          */  
263.         release_open_intent(&nd);  
264.         if (nd.root.mnt)  
265.             path_put(&nd.root);  
266.         return ERR_PTR(error);  
267.     }  
268.     nd.flags &= ~LOOKUP_PARENT;  
269.     /*检查最后一段文件或目录名的属性情况*/  
270.     if (nd.last_type == LAST_BIND)  
271.         goto ok;  
272.     error = -EISDIR;  
273.     if (nd.last_type != LAST_NORM)  
274.         goto exit;  
275.     if (nd.last.name[nd.last.len]) {  
276.         __putname(nd.last.name);  
277.         goto exit;  
278.     }  
279.     error = -ELOOP;  
280.     /*出现回环标志: 循环超过32次*/  
281.     if (count++==32) {  
282.         __putname(nd.last.name);  
283.         goto exit;  
284.     }  
285.     dir = nd.path.dentry;  
286.     mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex);  
287.     /*更新路径的挂接点和dentry*/  
288.     path.dentry = lookup_hash(&nd);  
289.     path.mnt = nd.path.mnt;  
290.     __putname(nd.last.name);  
291.     goto do_last;  
292. }  

在内核中要打开一个文件，首先应该找到这个文件，而查找文件的过程在vfs里面是由do_path_lookup或者path_lookup_open函数来完成的，关于文件路径查找在前面已经分析过相关的代码了。这两个函数将用户传进来的字符串表示的文件路径转换成一个dentry结构，并建立好相应的inode和file结构，将指向file的描述符返回用户。用户随后通过文件描述符，来访问这些数据结构。