Linux 系统调用如何与文件系统交互答案

【问题标题】：How Linux system calls interact with filesystemLinux 系统调用如何与文件系统交互
【发布时间】：2017-12-12 22:34:04
【问题描述】：

最近我遇到了这个练习：

鉴于 Linux C 语言程序中的系统调用序列：

fd = open("f123", O_RDWRT | O_CREAT, 0777);
lseek(fd, 0x1000000L, 0);
write(fd, &fd, sizeof(int));

绘制被这些操作修改的文件系统数据结构和磁盘块，考虑 4 KB 的块大小和 4 字节的索引块指针。

对于第一个系统调用 (open)，我意识到它是如何工作的，并以这种方式对其进行了模式化：

现在，跳过 draw 部分（我意识到这很难回答），我想了解 lseek 和 write 在 inode 和索引块方面的工作原理（不管它们是什么）。

我试图确定lseek 计算了正确的 inode（因为块大小是已知的），但仍然不知道它是如何工作的。

【问题讨论】：

open() 确定 inode — 其他函数使用该信息。您需要一个打开的文件描述符表和一个打开的文件描述表（这可能是您所说的“文件表”，但我不确定）。描述（与描述符相反）保存查找偏移量（文件中的当前位置）。一般来说，多个描述符可以引用一个描述——这些描述符不必都在同一个进程中，尽管在您的示例代码中，只涉及一个进程。
有道理。所以 lseek 只是改变了描述表中的当前偏移量，然后搜索正确的块（如果有的话）？
lseek() 不搜索正确的块；它不需要。这是下一个 I/O 操作——与移动操作相反——需要跟踪块。例如，您可以寻找超出当前文件结尾的方法。接下来会发生什么取决于您是读取（EOF）还是写入（写入新材料，并且任何跳过的块都被视为所有字节为零；包含当前EOF的最后一个块的尾部和当前块的开头可能需要被强制归零）。您不能从一开始就使用负偏移量，否则，lseek() 会成功（受类型限制）。

标签： c linux filesystems system-calls

【解决方案1】：

在 Linux 中，这些系统调用与虚拟文件系统 (VFS) 交互。 VFS 在真实文件系统之上构建了一个抽象，它定义了一些有用的数据结构来组织文件系统。

inode 代表磁盘上的真实文件。通过 inodes 结构不仅可以访问 inode 块，还可以访问磁盘上的数据块。
目录条目 代表路径的一部分。 d_entry 并不总是引用磁盘上的真实文件。如果它引用磁盘上的一个目录，就会有一个指向该目录文件的inode结构的指针。
file 代表进程打开的文件。结构中还有一个指向其 d_entry 的指针。

这里是来自file结构的sn-ps：

struct file {
    // ... other attributes
    struct path     f_path;
    #define f_dentry    f_path.dentry
    #define f_vfsmnt    f_path.mnt
    const struct file_operations    *f_op;
};
struct file_operations {
    // ... other operations
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
}

这些对象都有一个操作列表字段。 VFS 定义了这些操作，底层文件系统实现这些操作或使用 VFS 提供的通用实现。

系统调用open()创建文件对象，其他系统调用如lseek()只需获取file对象（通过fd）并调用操作列表中的相应函数，如write()会调用f->f_op->write(f, ...)，然后是文件系统可以按照file -> d_entry -> inode 路径访问磁盘上的文件。

【讨论】：