打开文件

有了上述分析后,我们可以看看如果一个用户进程打开文件会做哪些事情?首先假定用户进程需要打开的文件已经存在在硬盘上。以user/sfs_filetest1.c为例,首先用户进程会调用在main函数中的如下语句:

int fd1 = safe_open("sfs\_filetest1", O_RDONLY);

从字面上可以看出,如果ucore能够正常查找到这个文件,就会返回一个代表文件的文件描述符fd1,这样在接下来的读写文件过程中,就直接用这样fd1来代表就可以了。那这个打开文件的过程是如何一步一步实现的呢?

通用文件访问接口层的处理流程

首先进入通用文件访问接口层的处理流程,即进一步调用如下用户态函数: open->sys_open->syscall,从而引起系统调用进入到内核态。到了内核态后,通过中断处理例程,会调用到sys_open内核函数,并进一步调用sysfile_open内核函数。到了这里,需要把位于用户空间的字符串"sfs_filetest1"拷贝到内核空间中的字符串path中,并进入到文件系统抽象层的处理流程完成进一步的打开文件操作中。

文件系统抽象层的处理流程

  1. 分配一个空闲的file数据结构变量file在文件系统抽象层的处理中,首先调用的是file_open函数,它要给这个即将打开的文件分配一个file数据结构的变量,这个变量其实是当前进程的打开文件数组current->fs_struct->filemap[]中的一个空闲元素(即还没用于一个打开的文件),而这个元素的索引值就是最终要返回到用户进程并赋值给变量fd1。到了这一步还仅仅是给当前用户进程分配了一个file数据结构的变量,还没有找到对应的文件索引节点。

为此需要进一步调用vfs_open函数来找到path指出的文件所对应的基于inode数据结构的VFS索引节点node。vfs_open函数需要完成两件事情:通过vfs_lookup找到path对应文件的inode;调用vop_open函数打开文件。

  1. 找到文件设备的根目录“/”的索引节点需要注意,这里的vfs_lookup函数是一个针对目录的操作函数,它会调用vop_lookup函数来找到SFS文件系统中的“/”目录下的“sfs_filetest1”文件。为此,vfs_lookup函数首先调用get_device函数,并进一步调用vfs_get_bootfs函数(其实调用了)来找到根目录“/”对应的inode。这个inode就是位于vfs.c中的inode变量bootfs_node。这个变量在init_main函数(位于kern/process/proc.c)执行时获得了赋值。

  2. 通过调用vop_lookup函数来查找到根目录“/”下对应文件sfs_filetest1的索引节点,,如果找到就返回此索引节点。

  3. 把file和node建立联系。完成第3步后,将返回到file_open函数中,通过执行语句“file->node=node;”,就把当前进程的current->fs_struct->filemap[fd](即file所指变量)的成员变量node指针指向了代表sfs_filetest1文件的索引节点inode。这时返回fd。经过重重回退,通过系统调用返回,用户态的syscall->sys_open->open->safe_open等用户函数的层层函数返回,最终把把fd赋值给fd1。自此完成了打开文件操作。但这里我们还没有分析第2和第3步是如何进一步调用SFS文件系统提供的函数找位于SFS文件系统上的sfs_filetest1文件所对应的sfs磁盘inode的过程。下面需要进一步对此进行分析。

SFS文件系统层的处理流程

这里需要分析文件系统抽象层中没有彻底分析的vop_lookup函数到底做了啥。下面我们来看看。在sfs_inode.c中的sfs_node_dirops变量定义了“.vop_lookup = sfs_lookup”,所以我们重点分析sfs_lookup的实现。注意:在lab8中,为简化代码,sfs_lookup函数中并没有实现能够对多级目录进行查找的控制逻辑(在ucore_plus中有实现)。

sfs_lookup有三个参数:node,path,node_store。其中node是根目录“/”所对应的inode节点;path是文件sfs_filetest1的绝对路径/sfs_filetest1,而node_store是经过查找获得的sfs_filetest1所对应的inode节点。

sfs_lookup函数以“/”为分割符,从左至右逐一分解path获得各个子目录和最终文件对应的inode节点。在本例中是调用sfs_lookup_once查找以根目录下的文件sfs_filetest1所对应的inode节点。当无法分解path后,就意味着找到了sfs_filetest1对应的inode节点,就可顺利返回了。

当然这里讲得还比较简单,sfs_lookup_once将调用sfs_dirent_search_nolock函数来查找与路径名匹配的目录项,如果找到目录项,则根据目录项中记录的inode所处的数据块索引值找到路径名对应的SFS磁盘inode,并读入SFS磁盘inode对的内容,创建SFS内存inode。

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