[实践] 近看vfs部分,写了个笔记, 大家看看.(更新了mount 文件系 统部分)

近看vfs部分,写了个笔记, 大家看看.(更新了mount 文件系 统部分) 原作者：xpl

mount 文件系统

主要数据结构：

struct namespace {
atomic_t count; /* 引用技术 */
struct vfsmount * root; /* 根目录的 vfsmount */
struct list_head list; /* 所有已经mount的 文件系统的 list */
struct rw_semaphore sem; /* 读写信号量 */
};



struct vfsmount
{
struct list_head mnt_hash; /* 用于散列表的list */
struct vfsmount *mnt_parent; /* 指向父文件系统的 vfsmount */
struct dentry *mnt_mountpoint; /* mountpoint 的 dentry */
struct dentry *mnt_root; /* mount的文件系统的根目录的 dentry */
struct super_block *mnt_sb; /* 指向该文件系统的 superblock */
struct list_head mnt_mounts; /* 所有mount到该文件系统的 vfsmount 的 list */
struct list_head mnt_child; /* 子文件系统的 list */
atomic_t mnt_count; /* 引用计数 */
int mnt_flags; /* mount 的 flag */
int mnt_expiry_mark; /* 到期标志 */
char *mnt_devname; /* mount设备的名称 比如： /dev/dsk/hda1 */
struct list_head mnt_list; /* 在namespace上的vfsmount的 list */
struct list_head mnt_fslink;
struct namespace *mnt_namespace; /* 指向mount文件系统的进程的 namespace */
};

struct nameidata {
struct dentry *dentry; /* 目录的dentry */
struct vfsmount *mnt; /* 目录所在的文件系统的 vfsmount */
struct qstr last; /* 在LOOKUP_PARENT 标志被设置时使用，存储路径中后一个分量 */
unsigned int flags; /* 查找的 flags */
int last_type; /* 在LOOKUP_PARENT 标志被设置时使用，存储路径名的后一个分量的类型，值见下面的enum */
unsigned depth; /* 符号链接的嵌套深度 */
char *saved_names[MAX_NESTED_LINKS + 1]; /* 存储嵌套的符号链接所关联的路径名数组， 通过depth作为下标来索引 */

/* Intent data */
union {
struct open_intent open;
} intent;
};

/*
* Type of the last component on LOOKUP_PARENT
*/
enum {LAST_NORM, LAST_ROOT, LAST_DOT, LAST_DOTDOT, LAST_BIND}; /* nameidata 的 last_type 的值 */

/*
* The bitmask for a lookup event:
* - follow links at the end
* - require a directory
* - ending slashes ok even for nonexistent files
* - internal "there are more path compnents" flag
* - locked when lookup done with dcache_lock held
* - dentry cache is untrusted; force a real lookup
*/
#define LOOKUP_FOLLOW 1
#define LOOKUP_DIRECTORY 2
#define LOOKUP_CONTINUE 4
#define LOOKUP_PARENT 16
#define LOOKUP_NOALT 32
#define LOOKUP_REVAL 64
/*
* Intent data
*/
#define LOOKUP_OPEN (0x0100)
#define LOOKUP_CREATE (0x0200)
#define LOOKUP_ACCESS (0x0400)



/*
* "quick string" -- eases parameter passing, but more importantly
* saves "metadata" about the string (ie length and the hash).
*
* hash comes first so it snuggles against d_parent in the
* dentry.
*/
struct qstr {
unsigned int hash; /* hash值 */
unsigned int len; /* 路径中分量名称的长度 */
const unsigned char *name; /* 路径中分量名称的字符串地址 */
};


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需要补习的内容：

对于一个文件（在Linux下所有都是文件，包括目录等等） ，如何判断该文件 是不是目录，或者是不是符号链接, 是通过inode ：

如果是目录，则一定有 inode->i_op->lookup 方法， 即 inode->i_op->lookup 一定不是NULL

如果是符号链接， 则一定有 inode->i_op->follow_link 方法，即 inode->i_op->follow_link 一定不是NULL




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对于每一个 mount 的文件系统，都由一个 vfsmount 实例来表示。

对于每一个进程，都有自己的 namespace ， 这可以理解为这个进程的地盘。
在这里，所有的文件系统都要挂上来统一管理， 如下所示：

  图（1）


同时，对于所有的vfsmount，都存在于 一个hash table中，他们通过一个 hash 数组组织在一起：

对于mount的文件系统，会有在一个文件系统上 mount 另外一个文件系统的情况，这种情况，可以称原文件系统为 父vfsmount， 对于mount上的文件系统，称之位子文件系统。
他们的关系如下：

 图（3）



下面我以一个例子来说明：
例如我们要mount一个设备 /dev/hdb1 到 /home/xpl 目录下
我们假设 /home/xpl 就是当前进程的根文件系统中的目录（即 home 和 xpl 都没有mount任何文件系统），

我们mount的时候，传入的参数有三个： 要mount的设备( /dev/hdb1 ) ， 设备的文件系统 ( ext2 之类的)， mount到什么目录 ( /home/xpl )

首先，我们要根据要mount的目录的路径名（ 我们传入的只是路径名称的字符串），来找到mount的目录 disk 的dentry （即 mountpoint ）
这个查找过程如下所示：
1. 首先确定查找路径的起始目录，要么是根目录，要么是当前目录。
如果是根目录，则根目录的 dentry 和 vfsmount 的信息在： current->fs->root 和 current->fs->rootmnt
如果是当前目录，则当前目录的 dentry 和 vfsmount 的信息在：current->fs->pwd 和 current->fs->pwdmnt
2. 然后，从路径的起始目录开始逐级的往下找。
对于我们的例子，我们首先要查找根目录下的 home 目录（ 就是要找到 home 目录的 dentry 和 vfsmount 对象）
1） 首先在 hashtable 中查找，就是在上面的图（2）中的链表中找。
2） 如果这个目录没有在 hashtable 中，则需要到磁盘上（我们假设根文件系统是在一个磁盘上，如果不是，就是去根文件系统对应的存储介质中查找）去查找
这通过调用 根目录的 inode 的 lookup 方法来查找。
通过根目录的 dentry->d_inode 得到根目录的inode，然后调用 inode->i_ops->lookup 方法，将要查找目录的名称作为参数传递进去。

3. 找到了个目录，下面的过程就是简单的递归了，后，找到 目录 xpl 的 dentry 和 vfsmount

找到了要 mount 的目录，下面就开始实际的mount过程
mount的过程就是把设备的文件系统加入到 vfs 框架中
1. 首先，要mount一个新的设备，需要创建一个新的 super block。
这通过要mount的文件系统的 file_system_type， 调用其 get_sb 方法来创建一个新的 super block

2. 对于任何一个 mount 的文件系统，都要有一个 vfsmount， 创建这个vfsmount， 并设置好其属性（就是 vfsmount 中的各个成员）

3. 将创建好的 vfsmount 加入到系统中。

整个过程如下所示：

从这张图可以看到，三个目录: "/", "home" 和 "xpl" 的dentry
我们新mount的设备为/dev/hdb1, 新创建了一个super_block 和 一个 vfsmount (new)
新的super_block 在创建的时候已经加入到整个 vfs 的架构中（可参看前面的 super block 一节）
对于新的vfsmount:
其mountpoint为 目录 "xpl" 的dentry，
其mnt_root 是设备hdb1上的根目录的 dentry
其父 vfsmount 就是原文件系统中的那个 vfsmount

同时，我们将新的这个vfsmount加入到了进程的namespace中。

至此，我们已经完成了整个mount的过程。

另外，对于Linux，可以将多个文件系统 mount 到同一个目录上，这样的话， 新 mount 的文件系统会覆盖原来mount的文件系统。
比如我们再把一个 "/dve/hdb2" 的设备 mount 到 "/home/xpl" 目录下，
这样，如果我们访问 "/home/xpl" 的时候，就会访问到 "/dev/hdb2"
当新mount的文件系统被 unmount 之后，原来被覆盖的文件系统就会再次显露出来了。

这个过程的之所以是这样的，是因为在路径查找的时候，如果发现要查找的目录上mount了 文件系统（其dentry的d_mounted 不为0），会切换文件系统。
比如我们上面的例子，当路径查找 "/home/xpl" 的时候，当查找到根文件系统的目录 "xpl" 的dentry时，发现有一个文件系统已经mount到这个目录上，就会切换文件系统，进而找到 "/dev/hdb1" 的根目录的 dentry
这样，路径查找"/home/xpl" 返回的时候，返回的是 "/dve/hdb1" 根目录的 dentry

这样，在我们 mount 第二个文件系统 "/dev/hdb2" 的时候，其mountpoint 就是 "/dev/hdb1" 的根目录的 dentry。

这个过程如下图所示：

以此类推，如果在该目录上再mount一个新的文件系统，基本逻辑是相同的。
因此在路径查找过程中，每查找到一个新的目录，都要对该目录的d_mounted 进行判断，看是否在该目录上mount的了文件系统，如果是，则要切换文件系统（切换查找过程中的 dentry 和 vfsmount）
这个过程是要递归的，即如果一个路径上mount了多个文件系统（如上面的例子），要递归到后一个mount的文件系统（其dentry 的 d_mounted 为0）为止。



对于路径查找，我们补充说明一下两种特殊的情况：

一、路径中的　"." 和 ".."
对于 "." ，很明显，就是当前目录，不需要额外的处理，简单跳过即可
例如： /home/./xpl 当查找到 "." 的时候，还是 home 目录，因而 "." 的 dentry 和vfsmount 还是 目录 home的 dentry 和 vfsmount
对于 ".."， 这个需要跳到上一级目录，在这里，要注意：
1. 如果发现已经没法向上了，就不再向上，而保持当前的路径。比如："/../" ，已经是根目录了，返回的结果仍然是根目录。
2. 如果发现当前的 dentry 是当前文件系统的根目录，并且该文件系统是mount到其他文件系统上的，这个时候就要反溯文件系统，要切换到原来mount的文件系统后，再向上一级目录。这个反溯过程也是要递归的。
比如我们上面的例子中："/home/xpl" 先mount了一个 hdb1 的文件系统，然后又mount 了一个 hdb2 的文件系统。
在执行".." 查找的时候：
1）我们发现当前的目录是hdb2 的根目录(vfsmount->mnt_root)，并且mount到了hdb1上(vfsmount != vfsmount->parent)，这个时候我们就要先切换到 hdb1 的文件系统中, 此时vfsmount 换为hdb1 的vfsmount， dentry换成 hdb2的mountpoint。
2） 接下来要递归上面的文件系统切换，我们发现 当前的dentry 是hdb1文件系统的根目录,并且mount到了别的文件系统上，这个时候就要继续切换。
3) 当所有的递归完成以后，我们得到了根文件系统的 xpl目录的dentry，然后再执行向上的操作（".."），后得到 "/home"


二、路径中的符号链接
如果路径中有符号链接，我们要跟随符号链接的路径。其实这个过程只是一个简单的递归。
在路径查找中，我们得到一个dentry后，要判断这个dentry是否是一个符号链接。通过判断 dentry->d_inode->i_op->follow_link 是否是NULL，即是否有follow_link方法来判断是不是符号链接。
如果是符号链接的话，我们需要通过这个inode的follow_link 来获得链接的路径。
例如有这么一个符号链接： /home/xpl/link -> /mnt/disk

我们会获得到其链接的路径 "/mnt/disk"， 接下来就是继续解析链接的路径名，即查找 "/mnt/disk"， 这个查找过程和普通的查找是一样的，递归下去，终找到需要的目标。

文章来源CU社区： [实践] 近看vfs部分,写了个笔记, 大家看看.(更新了mount 文件系 统部分)