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proc 文件系統(tǒng)分析（二）（轉(zhuǎn)載） |
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| proc 文件系統(tǒng)分析（二）（轉(zhuǎn)載） |
| 作者:佚名 來(lái)源:單片機(jī) 錄入:jdzj868 更新時(shí)間：2009-8-12 16:53:36 點(diǎn)擊數(shù)：0 |
【字體：
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| | 原文地址：http://www.linuxforum.net/forum/showthreaded.php?Cat=&Board=linuxK&Number=199529&Search=true&Forum=l作者： | | zmwillow
(journeyman)不知正確與否。 這樣是表示對(duì)作者的尊重。 如果有不對(duì)，請(qǐng)通知我，我將即時(shí)更改. | | 二 proc文件系統(tǒng)分析
根據(jù)前面的分析，我們可以基本確定對(duì)proc文件系統(tǒng)的分析步驟。我將按照proc文件系統(tǒng)注冊(cè)，安裝的順序?qū)ζ溥M(jìn)行分析，然后基于代碼，對(duì)proc文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，尤其是proc文件系統(tǒng)用于內(nèi)部管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。最后，我們將根據(jù)分析結(jié)果，提出可行的xml封裝計(jì)劃。
在對(duì)proc文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析中，我將把重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)輸出的分析上，它是提出一種標(biāo)準(zhǔn)的XML封裝方法的基礎(chǔ)。
（一） Linux 相關(guān)源代碼簡(jiǎn)介
在linux代碼樹(shù)中，所有文件系統(tǒng)的代碼都放在linux/fs/目錄中，其中，proc文件系統(tǒng)的源代碼在linux/fs/proc中，下面我簡(jiǎn)單介紹一下proc目錄中的源文件。
在目錄中共有11個(gè)相關(guān)文件，它們是：
procfs_syms.c inode.c generic.c base.c
array.c root.c proc_tty.c proc_misc.c
kmsg.c kcore.c proc_devtree.c
其中，procfs_syms.c，generic.c以及inode.c與proc文件系統(tǒng)的管理相關(guān)，包括proc文件系統(tǒng)的注冊(cè)，以及向內(nèi)核其他子系統(tǒng)提供的例程等等，這是最重要的一部分代碼，我們將從這里開(kāi)始對(duì)proc文件系統(tǒng)進(jìn)行分析。
源文件root.c與proc文件系統(tǒng)的根結(jié)點(diǎn)的管理相關(guān)。
而base.c，array.c則用來(lái)處理/proc目錄中進(jìn)程的信息，包括命令行，進(jìn)程狀態(tài)，內(nèi)存狀態(tài)等等與進(jìn)程相關(guān)的內(nèi)容。proc_tty.c用來(lái)處理/proc/tty信息，proc_misc.c則用來(lái)管理與/proc目錄中的大多數(shù)文件。
除此之外，還有兩個(gè)非常重要的頭文件proc_fs.h，proc_fs_i.h，我們可以在/linux/include/linux/目錄中找到。
（二） proc文件系統(tǒng)的注冊(cè)
proc文件系統(tǒng)遵循VFS的規(guī)范，因此在使用之前，必須進(jìn)行注冊(cè)。我們知道，每一個(gè)文件系統(tǒng)，都會(huì)在自己的初始化例程中填寫(xiě)一個(gè) file_system_type 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后調(diào)用注冊(cè)函數(shù)register_filesystem(struct file_system_type *fs) 進(jìn)行注冊(cè)。
proc文件系統(tǒng)中與之相關(guān)的文件是procfs_syms.c，在該文件中，聲明了proc文件系統(tǒng)的類(lèi)型：
static DECLARE_FSTYPE(proc_fs_type, "proc", proc_read_super, FS_SINGLE);
而我們?cè)?fs.h 中可以找到宏DECLARE_FSTYPE的定義：
#define DECLARE_FSTYPE(var,type,read,flags) \
struct file_system_type var = { \
name: type, \
read_super: read, \
fs_flags: flags, \
owner: THIS_MODULE, \
}
因此我們可以看到，我們聲明了一個(gè)文件類(lèi)型proc_fs_type，它的名字是“proc”，讀取超級(jí)塊的函數(shù)是proc_read_super，fs_flags設(shè)置為FS_SINGLE，根據(jù)源碼中的說(shuō)明，我們知道，當(dāng)文件系統(tǒng)的fs_flags聲明為FS_SINGLE時(shí)，說(shuō)明文件系統(tǒng)只有一個(gè)超級(jí)塊，并且，必須在注冊(cè)函數(shù)之后調(diào)用kern_mount()，使得在內(nèi)核范圍內(nèi)的vfsmnt被放置在->kern_mnt處。
下面就是proc文件系統(tǒng)的注冊(cè)，函數(shù)init_proc_fs()的代碼如下所示：
static int __init init_proc_fs(void)
{
int err = register_filesystem(&proc_fs_type);
if (!err) {
proc_mnt = kern_mount(&proc_fs_type);
err = PTR_ERR(proc_mnt);
if (IS_ERR(proc_mnt))
unregister_filesystem(&proc_fs_type);
else
err = 0;
}
return err;
}
可以看到，proc文件系統(tǒng)的注冊(cè)非常簡(jiǎn)單，主要有如下幾個(gè)步驟：
1．調(diào)用register_filesystem(&proc_fs_type)，用一個(gè)非常巧妙的方法將proc文件類(lèi)型加入到文件類(lèi)型的單向鏈表中，如果發(fā)生錯(cuò)誤，則返回。
2．調(diào)用kern_mount函數(shù)，該函數(shù)基本完成三個(gè)步驟，首先調(diào)用read_super()函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)里，VFS將為proc文件系統(tǒng)分配一個(gè)超級(jí)塊結(jié)構(gòu)，并設(shè)置s_dev，s_flags等域，然后，將調(diào)用proc文件系統(tǒng)的自己的read_super例程，對(duì)應(yīng)proc文件系統(tǒng)，該例程是proc_read_super()，該例程將設(shè)置超級(jí)塊結(jié)構(gòu)的其他值。我們將在下一節(jié)進(jìn)行分析。
其次，使用add_vfsmnt()函數(shù)建立proc文件系統(tǒng)的vfsmount結(jié)構(gòu)，并將其加入到已裝載文件系統(tǒng)的鏈表中（可參考圖－xx）。
最后，返回該vfsmount結(jié)構(gòu)，并利用返回值，使用指針proc_mnt指向該vfsmount結(jié)構(gòu)。
3．判斷返回值是否錯(cuò)誤，如果錯(cuò)誤，那么就卸載文件系統(tǒng)。
這樣，一個(gè)文件系統(tǒng)就成功注冊(cè)到核心了。同樣，proc文件系統(tǒng)的卸載，也非常簡(jiǎn)單，代碼如下：
static void __exit exit_proc_fs(void)
{
unregister_filesystem(&proc_fs_type);
kern_umount(proc_mnt);
}
（三） 建立proc文件系統(tǒng)的超級(jí)塊
我們剛才看到，在kern_mount函數(shù)中，調(diào)用read_proc建立了超級(jí)塊結(jié)構(gòu)，然后就會(huì)調(diào)用文件系統(tǒng)自己提供的讀取超級(jí)塊的例程，用來(lái)填充自己的超級(jí)塊結(jié)構(gòu)，下面我們看一下proc文件系統(tǒng)的超級(jí)塊讀取例程proc_read_super()是如何工作的，以及它最終完成了哪些工作，該函數(shù)在fs/proc/inode.c中實(shí)現(xiàn)：
struct super_block *proc_read_super(struct super_block *s,void *data,
int silent)
{
struct inode * root_inode;
struct task_struct *p;
s->s_blocksize = 1024;
s->s_blocksize_bits = 10;
s->s_magic = PROC_SUPER_MAGIC;
s->s_op = &proc_sops;
s->s_maxbytes = MAX_NON_LFS;
root_inode = proc_get_inode(s, PROC_ROOT_INO, &proc_root);
if (!root_inode)
goto out_no_root;
/*
* Fixup the root inode's nlink value
*/
read_lock(&tasklist_lock);
for_each_task(p) if (p->pid) root_inode->i_nlink++;
read_unlock(&tasklist_lock);
s->s_root = d_alloc_root(root_inode);
if (!s->s_root)
goto out_no_root;
parse_options(data, &root_inode->i_uid, &root_inode->i_gid);
return s;
out_no_root:
printk("proc_read_super: get root inode failed\n");
iput(root_inode);
return NULL;
}
該函數(shù)進(jìn)行了如下幾步操作：
1．在該函數(shù)里，首先向作為參數(shù)傳入的超級(jí)塊寫(xiě)入文件系統(tǒng)的基本信息，s_blocksize設(shè)置為1024，由于1024＝2^10，因此，s_blocksize_bit設(shè)置為10，然后是proc文件系統(tǒng)的魔數(shù)，為PROC_SUPER_MAGIC。超級(jí)塊的函數(shù)集設(shè)置為proc_sops，對(duì)于proc文件系統(tǒng)來(lái)講，只實(shí)現(xiàn)了4個(gè)超級(jí)塊函數(shù)，我們將在后面進(jìn)行分析。然后，設(shè)置proc文件系統(tǒng)中的文件最大字節(jié)數(shù)為MAX_NON_LFS，在fs.h中，定義這個(gè)宏為 （（1UL<<31）-1） 。
2．使用proc_get_inode(s, PROC_ROOT_INO, &proc_root) 函數(shù)建立根結(jié)點(diǎn)root_inode。這個(gè)函數(shù)根據(jù)參數(shù)ino，來(lái)得到inode，我們后面將進(jìn)一步分析該函數(shù)。如果沒(méi)有得到根結(jié)點(diǎn)，則跳到out_no_root標(biāo)號(hào)，并退出。參數(shù)ino用來(lái)標(biāo)志inode，在建立proc的新索引節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)動(dòng)態(tài)地分配它一個(gè)ino。
3．修正root_inode的鏈接數(shù)。它將遍歷進(jìn)程鏈表，對(duì)于每一個(gè)進(jìn)程，都使i_nlink++，這是因?yàn)樵?proc目錄中，每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)目錄，換句話(huà)說(shuō)，存在一個(gè)進(jìn)程，就必然在proc目錄中對(duì)應(yīng)一個(gè)子目錄，因此在建立proc的根節(jié)點(diǎn)時(shí)，要根據(jù)進(jìn)程數(shù)修改它的i_nlink。
4．根據(jù)剛剛建立的root_inode，為超級(jí)塊的s_root建立root dentry：
s->s_root = d_alloc_root(root_inode)
其中root_inode 的類(lèi)型是struct inode *， 而s_root的類(lèi)型是struct dentry *。我們?cè)诮榻BVFS的時(shí)候知道，目錄高速緩存以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)存在，因此，在建立文件系統(tǒng)的根結(jié)點(diǎn)后，需要使用d_alloc_root()函數(shù)建立一個(gè)根目錄（root dentry），也就是說(shuō)，該dentry結(jié)構(gòu)的。
最終成功返回超級(jí)塊，這時(shí)，超級(jí)塊已經(jīng)填上了必要的數(shù)據(jù)信息。因此可以看到，超級(jí)塊讀取例程主要完成了兩部分的工作，首先向超級(jí)塊寫(xiě)入必要的數(shù)據(jù)，其次建立了該文件系統(tǒng)的根結(jié)點(diǎn)，并在目錄高速緩存中建立了相應(yīng)的dentry結(jié)構(gòu)。
（四） proc文件系統(tǒng)超級(jí)塊的操作函數(shù)集
在上一節(jié)我們看到了proc文件系統(tǒng)如何設(shè)置自己的超級(jí)塊，并且將超級(jí)塊操作函數(shù)集設(shè)置為proc_sops，這一節(jié)我們就分析一下，對(duì)于proc文件系統(tǒng)的超級(jí)塊，需要提供什么操作，以及如何實(shí)現(xiàn)這些操作。
在文件fs/proc/inode.c中，有如下定義：
static struct super_operations proc_sops = {
read_inode: proc_read_inode,
put_inode: force_delete,
delete_inode: proc_delete_inode,
statfs: proc_statfs,
};
我們可以看到，proc文件系統(tǒng)僅僅實(shí)現(xiàn)了4個(gè)超級(jí)塊操作函數(shù)。它使用了一種比較特殊的方法來(lái)初始化結(jié)構(gòu)，這種方法叫作labeled elements，這是GNU的C擴(kuò)展，這樣在初始化結(jié)構(gòu)時(shí)，不必按照結(jié)構(gòu)的順序，只要指明域名，就可初始化其值，而對(duì)于沒(méi)有提到的域，將自動(dòng)設(shè)置為0。
所以我們看到，proc文件系統(tǒng)僅僅定義了4個(gè)超級(jí)塊操作函數(shù)，我們看一下為什么其他的操作函數(shù)不必定義。
首先，我們知道，proc文件系統(tǒng)僅僅存在于內(nèi)存中，并不需要物理設(shè)備，因此write_inode函數(shù)就不需要定義了。而函數(shù)notify_change，在索引節(jié)點(diǎn)的屬性被改變的時(shí)候會(huì)被調(diào)用，而對(duì)于proc文件系統(tǒng)的inode來(lái)說(shuō)，并未提供setattr 函數(shù)，換句話(huà)說(shuō)，文件的屬性不會(huì)被改變，所以，notif_change也就不會(huì)被調(diào)用（proc文件系統(tǒng)對(duì)于inode_operations，同樣僅僅提供了很少的幾種操作，并且，在建立文件樹(shù)的時(shí)候，還針對(duì)不同的文件/目錄，設(shè)置了不同的索引節(jié)點(diǎn)操作函數(shù)，這將在以后進(jìn)行詳細(xì)的介紹）�；陬�(lèi)似的原因，其他的函數(shù)，諸如put_super，write_super，以及clear_inode等等函數(shù)，都沒(méi)有進(jìn)行定義。
下面我們看一下定義的這4個(gè)函數(shù)：
1 read_inode: proc_read_inode
這個(gè)函數(shù)用來(lái)從已裝載文件系統(tǒng)中，讀取指定索引節(jié)點(diǎn)的信息。實(shí)際上，在需要讀取特定的索引節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)調(diào)用VFS的iget(sb, ino)函數(shù)，其中，sb指定了文件系統(tǒng)的超級(jí)塊，而ino是索引節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。這個(gè)函數(shù)會(huì)在該超級(jí)塊的dcache中尋找該索引節(jié)點(diǎn)，如果找到，則返回索引節(jié)點(diǎn)，否則，就必須從邏輯文件系統(tǒng)中讀取指定的索引節(jié)點(diǎn)，這時(shí)，會(huì)調(diào)用get_new_inode()函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)里，會(huì)分配一個(gè)inode結(jié)構(gòu)，填寫(xiě)一些基本的信息，然后，就會(huì)調(diào)用超級(jí)塊的操作函數(shù)read_inode，對(duì)于proc文件系統(tǒng)而言，就是proc_read_inode()函數(shù)。
在后面的介紹里我們會(huì)知道，proc文件系統(tǒng)為了方便自己對(duì)文件的管理，對(duì)于每一個(gè)已經(jīng)注冊(cè)的proc文件，都建立并維護(hù)了一個(gè)的proc_dir_entry結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)非常的重要，對(duì)于proc文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)結(jié)構(gòu)是自己的私有數(shù)據(jù)，相當(dāng)于其他邏輯文件系統(tǒng)（比如ext2文件系統(tǒng)）在物理硬盤(pán)上的索引節(jié)點(diǎn)。因此，只有在必要的時(shí)候，才會(huì)把proc文件系統(tǒng)的proc_dir_entry結(jié)構(gòu)鏈接到VFS的索引節(jié)點(diǎn)中。
因此，proc_read_inode函數(shù)的主要目的，是建立一個(gè)新的索引節(jié)點(diǎn)，只需填充一些基本的信息即可。所以我們可以看到proc_read_inode函數(shù)非常的簡(jiǎn)單：
static void proc_read_inode(struct inode * inode)
{
inode->i_mtime = inode->i_atime = inode->i_ctime = CURRENT_TIME;
}
要說(shuō)明的是，在調(diào)用proc_read_inode函數(shù)之前，VFS的get_new_inode()函數(shù)已經(jīng)為inode設(shè)置了其他的基本信息，比如i_sb，i_dev，i_ino，i_flags 以及i_count等等。
2 put_inode: force_delete
put_inode函數(shù)是在索引節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)減少的時(shí)候調(diào)用，我們看到，proc文件系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自己的put_inode函數(shù)，而是簡(jiǎn)單地設(shè)置了VFS的force_delete 函數(shù)，我們看一下這個(gè)函數(shù)的內(nèi)容：
void force_delete(struct inode *inode)
{
/*
* Kill off unused inodes ... iput() will unhash and
* delete the inode if we set i_nlink to zero.
*/
if (atomic_read(&inode->i_count) == 1)
inode->i_nlink = 0;
}
我們知道，put_inode函數(shù)是在引用計(jì)數(shù)i_count減少之前調(diào)用的，因此，對(duì)于proc文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在每一次inode引用計(jì)數(shù)減少之前，都要檢查引用計(jì)數(shù)會(huì)不會(huì)減少至零，如果是，那么就將改索引節(jié)點(diǎn)的鏈接數(shù)直接設(shè)置為零。
3 delete_inode: proc_delete_inode
當(dāng)一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)和鏈接數(shù)都到零的時(shí)候，會(huì)調(diào)用超級(jí)塊的delete_inode函數(shù)。由于我們使用force_delete實(shí)現(xiàn)了proc超級(jí)塊的put_inode方法，因此我們知道，對(duì)于proc文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)inode的引用計(jì)數(shù)為零的時(shí)候，它的鏈接數(shù)也必為零。
我們看一下該函數(shù)的源碼：
/*
* Decrement the use count of the proc_dir_entry.
*/
static void proc_delete_inode(struct inode *inode)
{
struct proc_dir_entry *de = inode->u.generic_ip;/* for the procfs, inode->u.generic_ip is a 'proc_dir_entry' */
inode->i_state = I_CLEAR;
if (PROC_INODE_PROPER(inode)) {
proc_pid_delete_inode(inode);
return;
}
if (de) {
if (de->owner)
__MOD_DEC_USE_COUNT(de->owner);
de_put(de);
}
}
我們看到，這個(gè)函數(shù)基本上做了三個(gè)工作，首先，將這個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)位設(shè)置為I_CLEAR，這標(biāo)志著，這個(gè)inode結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再使用了。其次，根據(jù)這個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的ino號(hào)，檢查它是否是pid目錄中的索引節(jié)點(diǎn)，因?yàn)閜id目錄的索引節(jié)點(diǎn)號(hào)使用
#define fake_ino(pid,ino) (((pid)<<16)|(ino))
定義，因此，檢查條件為if (PROC_INODE_PROPER(inode)) 。我們知道，/proc目錄中有許多于進(jìn)程相關(guān)的目錄和文件，這些proc文件是另一種組織形式，它們的文件和進(jìn)程密切相關(guān)，不是像其他proc文件那樣使用create_proc_entry函數(shù)注冊(cè)的，而是根據(jù)實(shí)際的進(jìn)程鏈表動(dòng)態(tài)生成的，因此，可能在以后的linux版本中，會(huì)單獨(dú)為pid proc文件建立一個(gè)超級(jí)塊，但目前的情況下，使用inode的ino來(lái)區(qū)分。由于pid目錄中的inode和進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此，當(dāng)要釋放inode的時(shí)候，要做一些特殊的工作，釋放一些特殊的資源。這部分工作由proc_pid_delete_inode()函數(shù)完成。
最后，調(diào)用de_put() 函數(shù)，對(duì)與此inode相關(guān)聯(lián)的proc_dir_entry結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的操作。即減少proc_dir_entry的引用計(jì)數(shù)，如果計(jì)數(shù)到達(dá)零，則釋放該proc_dir_entry結(jié)構(gòu)。
4 statfs: proc_statfs
我們?cè)诜治鯲FS的時(shí)候知道，statfs函數(shù)是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用statfs(2)。我們看一下它的源代碼：
static int proc_statfs(struct super_block *sb, struct statfs *buf)
{
buf->f_type = PROC_SUPER_MAGIC; /* here use the super_block's s_magic ! */
buf->f_bsize = PAGE_SIZE/sizeof(long); /* optimal transfer block size */
buf->f_bfree = 0; /* free blocks in fs */
buf->f_bavail = 0; /* free blocks avail to non-superuser */
buf->f_ffree = 0; /* free file nodes in fs */
buf->f_namelen = NAME_MAX; /* maximum length of filenames */
return 0;
}
我們看到，它將文件系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)填充到一個(gè)buf中，文件系統(tǒng)類(lèi)型為PROC_SUPER_MAGIC，在文件系統(tǒng)中的空閑塊以及文件系統(tǒng)中的文件節(jié)點(diǎn)都設(shè)置為0，因此對(duì)于只存在于內(nèi)存中的proc文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。 | 原文地址 http://www.linuxforum.net/forum/showflat.php?Cat=&Board=linuxK&Number=200166&page=82&view=collapsed& |
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