linux 0.11 源码学习（十四）

文件系统综述

linux 文件系统是基于MINIX 1.0文件系统，这部分的代码量是整个内核里最大的，但代码结构对应着MINIX文件系统的构成，还是比较清晰易读的。

MINIX文件系统

MINIX的文件系统由以下几部分组成：

• 引导块：由BIOS自动读入的执行代码，这部分不在文件系统里描述；
• 超级块：存放盘设备上文件系统的信息，如逻辑块数、i节点数、最大文件长度等；对应结构体super_block；

struct super_block {

    unsigned short s_ninodes;

    unsigned short s_nzones;

    unsigned short s_imap_blocks;

    unsigned short s_zmap_blocks;

    unsigned short s_firstdatazone;

    unsigned short s_log_zone_size;

    unsigned long  s_max_size;

    unsigned short s_magic;

/* These are only in memory */ //上面这些字段是具体存储在盘设备中，下面是在内存中初始化的结构体成员

    struct buffer_head 　　*s_imap[8];

    struct buffer_head 　　*s_zmap[8];

    unsigned short 　　　　 s_dev;

    struct m_inode 　　　　 *s_isup; //根目录i节点

    struct m_inode 　　　　 *s_imount;

    unsigned long 　　　　  s_time;

    struct task_struct 　　*s_wait;

    unsigned char 　　　　　　s_lock;

    unsigned char 　　　　　　s_rd_only;

    unsigned char 　　　　　　s_dirt;

};

• i节点位图：表示i节点是否被使用，i节点对应文件或目录的索引，相当于能够创建或被内核管理的文件数量；
• 逻辑块位图：表示逻辑块是否被使用，逻辑块是实际上的数据块，存储文件的内容；
• i节点区域：存放具体的i节点数据；存储结构如下：

struct d_inode {

    unsigned short i_mode;

    unsigned short i_uid;

    unsigned long i_size;

    unsigned long i_time;

    unsigned char i_gid;

    unsigned char i_nlinks;

    unsigned short i_zone[9];//对应数据区内的逻辑块号，其中0~6是直接块号、7为一次直接块号、8是二次直接块号。

};

• 数据区：即逻辑块区域；

同时在linux 0.11中还在内存开辟了缓冲区，通过hash散列表的形式支持数据块读取的缓冲。

功能分块：

从功能的角度分，linux 0.11 文件系统源码主要分为以下几块：

• 高速缓冲区操作：buffer.c，逻辑块缓冲区，会调用块设备驱动接口；
• MINIX文件系统底层操作，包括：文件系统向上提供的操作，包括：
  • bitmap.c:i节点位图和逻辑块位图操作；
  • truncate.c:释放某个i节点下的所有逻辑块；
  • namei.c:映射文件名至i节点；
  • inode.c:i节点获取、释放登操作；
  • super.c:超级块操作；
• linux文件系统对上提供的调用封装：
• read_write.c：提供sys_read和sys_wirte两个系统调用的接口实现；open.c:open.c: sys_create、sys_open等系统调用实现
  • block_dev.c：块设备驱动类文件操作，被read_write.c调用；
  • file_dev.c：普通文件操作，被read_write.c调用；
  • char_dev.c：字符驱动类文件操作，被read_write.c调用；
  • pipe.c：管道操作，被read_write.c调用；
• open:sys_create、sys_open等系统调用实现；
• exec.c:主要实现do_execute，即实现加载并启动一个可执行文件.out或shell脚本；
• fcontl.c:sys_fcntl、sys_dup等系统调用接口；
• stat.c:sys_stat等系统调用接口；

 核心业务流程

以创建一个文件为例，看下linux 0.11中文件系统各部分源码的关系：

1. 调用sys_open打开一个文件，输入文件名、模式等；
2. 调用open_namei获取其i节点，open_namei会调用和bitmap和inode.c的底层操作，找到该文件对应的逻辑块；
3. 调用buffer.c中的操作读取这些逻辑块，当缓冲中不存在逻辑块数据时，会调用块设备驱动；这些逻辑块的地址（应该是缓冲区的地址）会保存在m_inode结构体中；
4. 从file_table数组中返回一个文件句柄（即数组索引），其指向的file结构中包含了m_inode。