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《Linux内核设计的艺术》——第5章文件系统

2022-08-19 11:30:58 作者：互联网

1. 挂载文件系统

当前系统已经完成了根文件系统的挂载，将要挂载新的文件系统。
新的文件系统挂载在根文件系统的某个目录的inode上。
1）将硬盘的超级块读出，载入系统的super_block[8]中
2）从根文件系统读出指定的inode，载入inode_table[32]
3）将硬盘的超级块挂接到inode_table[32]中指定的i节点上。

在shell中输入 mount /dev/hd1 /mnt命令来安装文件系统。
注意硬盘可以分区，每个分区算一个设备 /dev/hd1 就是一个设备。

挂接部分详解

2. 示例展示1

展示单进程打开并读取文件，文件系统的工作原理

2.1 打开文件

1）将用户进程task_struct的 *filp[20] 与内核的 file_table[64]挂接
2）将用户进程需要打开的文件对应的inode在file_table[64]中进行登记

打开过程分三步：
1）将用户进程task_struct的 *filp[20] 与内核的 file_table[64]挂接
2）用给定路径名 /mnt/user/user1/user2/hello.txt 为线索，找到hello.txt文件的inode
3）将inode在file_table[64]中进行登记

2.1.1 分配fd和file_struct

2.1.2 获取inode

文件路径名：/mnt/user/user1/user2/hello.txt
解析方法

2.1.2.1 获得枝梢目录的inode

所以 get_dir 会多次调用 iget和 find_entry ，以此获得 mnt，user，user1，user2的 inode，最终获得枝梢文件user2的inode，并返回

2.1.2.2 获得目标文件的inode

2.1.2 将inode和 file_struct 挂接

2.2 读文件

2.2.1 确定数据块在外设的位置

下面介绍inode如何管理文件
inode通过他的 i_zone 结构来管理文件数据块，

2.2.2 将数据块读入缓冲块

2.2.3 将缓冲区数据复制到进程空间

3. 示例展示2——新建文件，并写文件

3.1 sys_creat

3.1.1 找目录项是否存在

3.1.2 新建目录项

create标志置位，不等于就要创建一个新数据块，必须确保文件的下一个文件块不存在，即！inode-＞i_zone[……]或！i成立，才能创建新
数据块。比如本实例中加载目录项的内容，一个数据块中没有发现空闲项，很可能下一个数据块中就有，如果强行分配新数据块，就会把已有的块覆盖掉，导致目录
文件管理混乱。

3.1.3 写文件

操作系统对写文件操作的规定是：进程空间的数据先要写入缓冲区中，然后操作系统在适当的条件下，将缓冲区中的数据同步到外设上。而且，操作系统只能以数据
块（1 KB）为单位，将缓冲区中的缓冲块（1
KB）的数据同步到外设上。这就需要在同步之前，缓冲块与外设上要写入的逻辑块进行一对一绑定，确定外设上的写入位置，以此保证用户空间写入缓冲块的数
据，能够准确地同步到指定逻辑块中。

3.1.3.1 确定写的位置

3.1.3.2 申请缓存块

3.1.3.3 将数据复制到缓冲块

此时，用户进程指定的数据，只是写入缓冲区中，并未写入硬盘。下面介绍数据从缓冲区同步到硬盘的方式。

3.1.4 数据同步到外设

数据从缓冲区同步到硬盘有两种方法。一种是updata定期同步；另一种是因缓冲区使用达到极限，操作系统强行同步。

3.1.4.1 update同步

由shell启动的update进程，该进程会调用pause（）函数，这个函数会映射到sys_pause（）函数中，使该进程被设置为可中断等待状态。每隔一段时间，操作系统就将updata进程唤醒。它执行后，调用sync（）函数，将缓冲区中的数据同步到外设上。

sync（）函数最终映射到sys_sync（）系统调用函数去执行。为了保证文件内容同步的完整性，需要将文件i节点位图、文件i节点、文件数据块、数
据块对应的逻辑块位图，全都同步到外设。sys_sync（）函数先将改动过的文件i节点写入缓冲区（其余内容已经在缓冲区中了），之后，遍历整个缓冲
区，只要发现其中缓冲块内容被改动过（b_dirt被置1），就全部同步到外设上。