linux_kernel_fuse_源码剖析.docx

FUSE源码剖析?1.?前言?本文是对FUSE-2.9.2源码的学习总结。FUSE代码在用户空间和内核空间都有运行，为了突出重点，先简要描述了在基于FUSE的用户空间文件系统中执行write操作的一般流程，接下来介绍了 重要的数据结 构，最后以FUSE的运行过程为线索，剖析FUSE程序运行过程的3个关键步骤：?1.FUSE模块加载??2.mount和open过程??3.对文件write。?对于虚拟文件系统和设备驱动的相关概念本文仅作简要说明。需要说明的是，由于内核的复杂性及个人能力的有限，本文省略了包括内核同步，异常检查在内的诸多内容，希望可以突出重点。?2.?FUSE下write的一般流程??图1?在基于FUSE的用户空间文件系统中执行write操作的流程如图1所示(由于版面关系，图中部分函数是缩写，请参考源码)：?1.客户端在mount目录下面，对一个regular?file调用write,?这一步是在用户空间执行?2.write内部会调用虚拟文件系统提供的一致性接口vfs_write?3.根据FUSE模块注册的file_operations信息，vfs_write会调用fuse_file_aio_write，将写请求放入fuse?connection的request?pending?queue,?随后进入睡眠等待应用程序reply?4.用户空间的libfuse有一个守护进程通过函数fuse_session_loop轮询杂项设备/dev/fuse,?一旦request?queue有请求即通过fuse_kern_chan_receive接收?5.fuse_kern_chan_receive通过read读取request?queue中的内容，read系统调用实际上是调用的设备驱动接口fuse_dev_read?6.在用户空间读取并分析数据，执行用户定义的write操作，将状态通过fuse_reply_write返回给kernel?7.fuse_reply_write调用VFS提供的一致性接口vfs_write?8.vfs_write最终调用fuse_dev_write将执行结果返回给第3步中等待在waitq的进程，此进程得到reply?后，write返回?3.?数据结构?本节主要介绍了FUSE中比较重要的数据结构，需要说明的是图示中只列出了与叙述相关的数据成员，完整的数据结构细节请参考源码。3.1.?内核部分?图2?struct?fuse_conn：每一次mount会实例化一个struct?fuse_conn即fuse?connection,?它代表了用户空间和内核的通信连接。fuse?connection维护了包括pending?list,?processing?list和io?list在内的request?queue，fuse?connection通过这些队列管理用户空间和内核空间通信过程。?struct?fuse_req：每次执行系统调用时会生成一个struct?fuse_req,?这些fuse_req依据state被组织在不同的队列中，struct?fuse_conn维护了这些队列.?struct?file:?存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息，描述了进程怎样与一个打开的文件进行交互，这类信息仅当进程访问文件期间存在于内核内存中。?struct?inode：文件系统处理文件所需要得所有信息都放在一个名为inode(索引节点)的数据结构中。文件名可以随时更改，但是索引节点对文件是唯一的，并且随着文件的存在而存在。?struct?file_operation：定义了可以对文件执行的操作。?3.2.?用户空间部分 图3?struct?fuse_req：这个结构和上文中内核的fuse_req同名，有着类似的作用，但是数据成员不同。?struct?fuse_session：定义了客户端管理会话的结构体，包含了一组对session可以执行的操作。?struct?fuse_chan：定义了客户端与FUSE内核连接通道的结构体，包含了一组对channel可以执行的操作。?struct?fuse_ll_ops：结构的成员为一个函数指针func和命令名字符串name，内核中发过来的每一个request最后都映射到以此结构为元素的数组中。?4.?FUSE模块加载?FUSE内核模块需要在用户空间使用insmod或者modprobe加载。它们通过系统调用init_module启动加载过程，注册过程比较简单，包括如下步骤：?1.创建高速缓存结构fuse_inode_cachep?2.遍历file_systems链表，如果未注册，则将fuseblk_fs_type链到file_systems链表尾部?3.遍历file_systems链表，如果