Linux VFS中do_sys_open



do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode)

函数原型long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, umode_t mode)。

static struct file *path_openat(int dfd, struct filename *pathname,
  struct nameidata *nd, const struct open_flags *op, int flags)
{
 struct file *base = NULL;
 struct file *file;
 struct path path;
 int opened = 0;
 int error;

 file = get_empty_filp();
 if (IS_ERR(file))
  return file;

 file->f_flags = op->open_flag;

 error = path_init(dfd, pathname->name, flags | LOOKUP_PARENT, nd, &base);
 if (unlikely(error))
  goto out;

 current->total_link_count = 0;
 error = link_path_walk(pathname->name, nd);
 if (unlikely(error))
  goto out;

 error = do_last(nd, &path, file, op, &opened, pathname);
 while (unlikely(error > 0)) { /* trailing symlink */
  struct path link = path;
  void *cookie;
  if (!(nd->flags & LOOKUP_FOLLOW)) {
   path_put_conditional(&path, nd);
   path_put(&nd->path);
   error = -ELOOP;
   break;
  }
  error = may_follow_link(&link, nd);
  if (unlikely(error))
   break;
  nd->flags |= LOOKUP_PARENT;
  nd->flags &= ~(LOOKUP_OPEN|LOOKUP_CREATE|LOOKUP_EXCL);
  error = follow_link(&link, nd, &cookie);
  if (unlikely(error))
   break;
  error = do_last(nd, &path, file, op, &opened, pathname);
  put_link(nd, &link, cookie);
 }
out:
 if (nd->root.mnt && !(nd->flags & LOOKUP_ROOT))
  path_put(&nd->root);
 if (base)
  fput(base);
 if (!(opened & FILE_OPENED)) {
  BUG_ON(!error);
  put_filp(file);
 }
 if (unlikely(error)) {
  if (error == -EOPENSTALE) {
   if (flags & LOOKUP_RCU)
    error = -ECHILD;
   else
    error = -ESTALE;
  }
  file = ERR_PTR(error);
 }
 return file;
}

struct file *do_filp_open(int dfd, struct filename *pathname,
  const struct open_flags *op, int flags)
{
 struct nameidata nd;
 struct file *filp;

 filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags | LOOKUP_RCU);
 if (unlikely(filp == ERR_PTR(-ECHILD)))
  filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags);
 if (unlikely(filp == ERR_PTR(-ESTALE)))
  filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags | LOOKUP_REVAL);
 return filp;
}

struct file *do_file_open_root(struct dentry *dentry, struct vfsmount *mnt,
  const char *name, const struct open_flags *op, int flags)
{
 struct nameidata nd;
 struct file *file;
 struct filename filename = { .name = name };

 nd.root.mnt = mnt;
 nd.root.dentry = dentry;

 flags |= LOOKUP_ROOT;

 if (dentry->d_inode->i_op->follow_link && op->intent & LOOKUP_OPEN)
  return ERR_PTR(-ELOOP);

 file = path_openat(-1, &filename, &nd, op, flags | LOOKUP_RCU);
 if (unlikely(file == ERR_PTR(-ECHILD)))
  file = path_openat(-1, &filename, &nd, op, flags);
 if (unlikely(file == ERR_PTR(-ESTALE)))
  file = path_openat(-1, &filename, &nd, op, flags | LOOKUP_REVAL);
 return file;
}

1.    找到一个本进程没有使用的文件描述符fd（int型）

 

（1）在当前进程打开的文件位图表中，找到第一个为0的位，返回这个位在位图表里面的下标，这个下标就是将用分配的未使用的文件描述符fd

 

（2）把当前进程的文件表扩展一个文件（即尝试添加一个struct file到当前

进程的文件列表中），进程task_struct-> files_struct-> fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]是一个struct file 数组，而NR_OPEN_DEFAULT在64位系统中等于64（因为一般进程打开的文件数大多都用这个数组就可以直接放下了）,如果扩展操作导致当前进程的这个存放struct file的数组放不下了，如要装第65个struct flie结构体，那么将重新分配一片内存区专门用来存放struct file结构体，并且这个内存区的大小为128个struct file结构体，然后将当前进程的task_struct->files_struct->fdtable->fd指针指向这片内存的首地址，然后把之前数组里面的内容复制到这片内存区里面来。下次添加如果超过了128个了，则分配256个大小直到256个也装满，超过256则分配512，依次类推，总是2的幂次方，且会把之前的复制到新分配的内存里面去

 

注意：这里只是更新了进程的这个file table，新的进程描述符对应的struct file还没有生成进去。

 

（3）设置进程的文件位图中新分配的这个文件描述符位为（1）中找到的下标，并更新下一次该分配的进程描述符起点

 

2.    分配一个全新的 struct file结构体

Struct file =kmem_cache_zalloc(filp_cachep, GFP_KERNEL);

 

3.    根据传人的 pathname查找或建立对应的dentry

并设置此dentry对应的inode。内核做这个事情借助于一个nameidata数据结构

（1）    如果pathname中第一个字符是“/”，那么说明使用绝对路径，设置nameidata为更目录对应的dentry和当前目录的inode，mount点等

 

（2）    如果不是“/”，则使用相对路径，设置nameidata为当前目录对应的dentry，inode，mount点等

 

（3）    一层一层往下查找，直到找到最终的那个文件或者目录分量，注意：如”/usr/bin/make”，先找“/”（这是3.1就做了的），再找“/”下面的usr,再找bin，最后找make。

 

这里细说一下第一层怎么在“/“下面找到”usr“的：

第一层查找先找“/”下面的usr对应的dentry，内核通过“/”对应的dentry和”usr”字符串两个参数进行hash运算获取一个dentry的链表

然后逐个看这个链表里面有没有parent dentry为“/”对应的dentry的，以及dentry对应的名字的hash值是否与“usr”对应的hash值相同

前面条件都满足这里再看一下parent dentry是否有DCACHE_OP_COMPARE标识，如果有此标识且文件系统实现了dentry->dentry_operations->d_compare函数，那么就调用文件系统的这个函数来判断

如果条件都符合，那么说明内存中usr对应的这个dentry是存在的，如果这个dentry->d_flags中包含DCACHE_OP_REVALIDATE，那么就会调用此dentry->dentry_operatoin->d_revalidate来进行一次核对（网络文件系统此函数都实现了，以便于远程的便跟，在这里会得到更新）

如果最终usr对应的dentry不存在，那么内核就在内存中直接分配一个dentry结构体并且把dentry的name和“usr”对应起来，并且设置这个dentry的parent为“/”对应的dentry，然后还要调用”/”对应的dentry->d_inode这个inode的inode_operation->lookup(“/”的inode，新建的dentry，flags)，如果返回了新的dentry，那么就把dentry结构体指针指向新返回的dentry，否则还是返回刚刚新创建的那个dentry。（一般的文件系统都实现了inode_operation->lookup，我猜他们会在这个函数里面如果/usr存在则把dentry对应的inode给设置好。。如果/usr不存在则返回一个NULL之类的，以一个错误跳出整个路径执行）

到这里，无论是dentry已经存在于内存中找到的，还是新创建的dentry，总之，对应于“usr”结构的dentry在内存中已经存在了。然后调用follow_managed()函数找到“usr”最新的vfsmount（这里有一点点麻烦，后续会专门讲，这里只需要指定如果”/dev/sda” mount 到了/mnt,/dev/sdb 也mount到了/mnt,那么这里返回的是最新的这条/dev/sdb mount到/mnt这个vfsmount）。

然后把这个已经找到的或创建的dentry（已经存在于内存中的dentry已经有了inode和它绑定，新建立的dentry也通过inode_operation->lookup建立起来了inode和dentry的联系(此函数会在操作真正的磁盘介质吧inode读出来)）和这个最新的vfsmount存到struct path中

然后把这个含有dentry，vfsmount的path结构体存入nameidata数据结构中，到这里，“usr“对应的dentry，inode，vfsmount都准备好了，且存到了nameidata中了

 

（4）    接着（3）里面，一层一层的往下找，依次会找到usr，bin，最后到了”make”

这里就不调用一层一层往下找的函数了，进入另外一个函数do_last（）函数来

处理。在dolast，在dolast里面如果此dentry不存在则创建它，如果有O_CREATE

标识则创建这个文件的inode（这里会调用vfs_create函数，继续调用dentry->inode_operation->create来建立inode，文件系统实现的此函数会操作正在的磁盘介质去创建inode），并且建立inode和dentry的联系，并且建立”make”对应的vfsmount为最新的mount结构，至此，“/usr/bin/make”中最后一个分量“make”的dentry，inode，vfsmount都存到nameidata中去了。

接着还会把2中分配的file结构体的path(包含dentry和vfsmount)的dentry分量设置为nameidata的这个dentry（dentry结构体中已经有inode的指针），vfsmount也设置为nameidata的vfsmount，并且设置file结构体的file->f_mapppin为nameidata中dentry的inode的i_mapping.并且设置file->f_pos指针为0。

至此，make对应的新分配的这个struct file结构体中的dentry，inode，vfsmount都为nameidata中的了，并且struct file映射到内存的address_space也设置为了inode对应的address_space，struct file的当前位置指针设置为了0，“make”分量的这个struct file结构体准备好了。

接着还会把这个struct file结构体加入其inode对应的super_block超级块的s_files链表中，即struct file结构体会加入其自身inode所在超级块的所有文件链表中。

并且如果自身inode的file_operations不为空则还会设置这个struct file的file_operation等于inode的这个file_operations，即公用inode的file的操作方法。如果inode的file_operations没有实现，则设置为空。

设置此文件标识符为FILE_OPENED.

 

4.    建立 fd到这个struct file结构体的联系

 

调用fd_install(fd,f)来把1中分配的文件描述符和3中的struct file建立联系。

过程简单描述一下，先获取当前进程的fdtable（简单可理解为进程的关联的所有文件数组）的所有文件数组fdtable=current->files->fdt，（current为当前进程task_struct），设置fdtable->fd[fd]=file，（下标fd即新分配的文件描述符，file即为3中创建的struct file结构体）。

这样，进程和文件描述符，struct file，dentry，inode，vfsmount就全部关联起来了