Ядра Linux серии 2.6 (начиная с 2.5.7) содержат набор подпрограмм, называемый libfs, специально спроектированны для упрощения задачи написания виртуальный файловых систем. В этой статье мы рассмотрим реализацию простой виртуальной файловой системы (lwnfs), заполненной файлами-счетчиками.

Создание виртуальных файловых систем в Linux

Документ составлен на основе статьи Jonathan Corbet "Creating virtual filesystems with libfs" (http://lwn.net/Articles/57369/).

Линус (Linus) и многочисленные разработчики ядра Linux негативно относятся к использованию системного вызова ioctl(), не без оснований считая его, по сути, неконтролируемы способом добавления совершенно нестандартных интерфейсов в ядро. Создание новых файлов в каталоге /proc так же не выглядит хорошим решением, т.к. там уже достаточно беспорядка. Разработчики, "населяю" свой код реализациями ioctl() или файлами в /proc, часто бывают обескуражены возможностью создания вместо этого обыкновенной виртуальной файловой системы. Файловые системы делают интерфейс явным и видимы в пространстве пользователя, они так же позволяют существенно упростить написание различных административны скриптов.

Ядра серии 2.6 (начиная с 2.5.7) содержат набор подпрограмм, называемый libfs, специально спроектированны для упрощения задачи написания виртуальный файловых систем. Libfs берет на себя выполнение многих стандартных для виртуальных файловых систем задач, позволяя неквалифицированым разработчикам концентрироватья только на реализации характерной для их задач функциональност.

В этой статье мы рассмотрим реализацию простой виртуальной файловой системы (lwnfs), заполненной файлами-счетчиками. Каждое чтение такого файла возвращает текущее значение счетчика и инкрементирует его:

<div class='codec'>
# cat /lwnfs/counter
0
# cat /lwnfs/counter
1</div>
Также возможна запись в файл числового значения, которое будет присвоено счетчику:

<div class='codec'>
# echo 1000 > /lwnfs/counter
# cat /lwnfs/counter
1000</div>

Общая архитектура файловой системы

Т.к. наша файловая система будет виртуальной, никаких операций работы с диском мы не предусматриваем а все данные будут располагаться в различных кэшах ядра. Для связывания файловой системы с VFS необходимо определить некий минимальный набор функций и структур данных. Рассмотрим эти структуры.
<ul>
<li>struct file_system_type является глобальным "" файловой системы и содержит имя ФС, а также функции получения и уничтожения суперблока (lfs_type). </li>
<li>struct super_operations содержит набор функций работы с глобальными данными файловой системы. Здесь мы используем "", предоставляемые libfs. (lfs_s_ops).</li>
<li>struct file_operations определяет набор функций для работы с файлами. Для файлов счетчиков мы реализуем только три из них – open, read и write (составляют lfs_file_ops) – для каталогов же используем "" libfs.</li>
</ul>
Алгоритм работы нашей ФС таков:
<ol>
<li>Точкой входа в модуль является функция lfs_init, выполняющая регистрацию ФС вызовом register_filesystem(&lfs_type).</li>
<li>При монтировании ФС вызывается функция lfs_type->get_sb(), указывающая на lfs_get_super. Эта функция вызывает libfs-helper get_sb_single(), передавая ей в качестве параметра указатель на lfs_fill_super. get_sb_single() размещает структуру struct super_block, и инициализирует некоторыми разумными значениями все ее поля, вызывая в завершение lfs_fill_super(). </li>
<li>lfs_fill_super() устанавливает некоторые значащие поля суперблока, а также создает и инициализируетс логическую структуру файловой системы – файл "counter" в корневом каталоге, и файл "subcounter" в каталоге "subdir", размещая и вставляя в соответствующие кэши VFS все необходимые структуры. </li>
</ol>
Теперь рассмотрим реализацию описанных выше механизмов более детально.

Инициализация и установка суперблока

Модуль ядра, реализующий ФС, должен, в момент загрузки, зарегистрироват файловую систему в VFS. Код инициализации lwnfs прост:

<div class='codec'>
static int __init lfs_init(void) {
return register_filesystem(&lfs_type);
}</div>

Аргумент lfs_type инициализируетс следующим образом:
<div class='codec'>
static struct file_system_type lfs_type = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "lwnfs",
.get_sb = lfs_get_super,
.kill_sb = kill_litter_super,
};</div>

Это основная структура данных, описывающая файловую систему в ядре (определена в linux/fs.h). Поле owner используется для управления счетчиком ссылок на модуль (необходим для предотвращения выгрузки используемого модуля). Поле name — строка, которая будет передана вызову mount() в качестве типа ФС. Далее следуют 2 функции управления суперблоком. kill_little_super() — это generic-функция, предоставляемая VFS, она просто освобождает все внутренние структуры при размонтированииФС; т.о. авторы простых виртуальных файловых систем не должны заботится об этом аспекте (конечно, необходимо дерегистрироват ФС в момент выгрузки модуля, это будет реализовано в exit-функции модуля lwnfs).

Окончательная инициализация суперблока — задача разработчика, она уже значительно проще, нежели кодирование всех требуемых операций вручную. С этим справляется функция lfs_get_super():

<div class='codec'>
static struct super_block *lfs_get_super(struct file_system_type *fst,
int flags, const char *devname, voi *data) {
return get_sb_single(fst,flags,data,lfs_fill_super);
}
</div>

Аналогично, get_sb_single() — есть generic-код, выполняющий большую часть задачи создания суперблока (выделение памяти, инициализация полей, и т.д.). Однако по завершении он вызывает lfs_fill_super(), которая производит установку специфичных для нашей ФС полей.

<div class='codec'>
static int lfs_fill_super (struct super_block *sb,
void *data, int silent) {
struct inode *root;
struct dentry *root_dentry;

/* Устанавливаем поля суперблока */
sb->s_blocksize = PAGE_CACHE_SIZE;
sb->s_blocksize_bits = PAGE_CACHE_SHIFT;
sb->s_magic = LFS_MAGIC;
sb->s_op = &lfs_s_ops;

/* Создание inode для корневого каталога */
root = lfs_make_inode (sb, S_IFDIR | 0755);
if (! root)
goto out;
root->i_op = &simple_dir_inode_operations;
root->i_fop = &simple_dir_operations;

/* Создание dentry для корневого каталога */
root_dentry = d_alloc_root(root);
if (! root_dentry)
goto out_iput;
sb->s_root = root_dentry;

/* Создание логической структуры файлов и папок */
lfs_create_files (sb, root_dentry);
return 0;

out_iput:
/* Если выделение dentry провалилось, уничтожаем
* inode и выходим */
iput(root);
out:
return -ENOMEM;
}</div>

Функция принимает 3 аргумента; первый – указатель на конструируемый суперблок, последние 2 могут быть проигнорированы Инициализация суперблока сводится к установке размера блока, magic-идентификатора и superblock-операций, описываемых структурой super_operations. Для простой виртуальной ФС нет необходимости реализовывать все операции, определенные в этой структуре — libfs предоставит необходимые "". Достаточно установить ее так:

<div class='codec'>
static struct super_operations lfs_s_ops {
.statfs = simple_statfs
.drop_inode = generic_delete_inode;
}</div>

Проинициализироав суперблок, lfs_fill_super берется за построение корневого каталога нашей ФС. Первым делом для него создается inode – вызовом lfs_make_inode(), реализация которого будет рассмотрена ниже. Он нуждается в указателе на суперблок и аргументе mode, который задает разрешения на создаваемый файл в формате вызова stat(), маска S_IFDIR говорит функции, что мы создаем каталог, файловые и inode-операции, которые мы назначаем новому inode, взяты из libfs.

Далее для корневого каталога создается структура dentry, через которую он помещается в directory-кэш. Заметим, что суперблок имеет специальное поле, хранящее указатель на dentry корневого каталога, которое также устанавливается lfs_fill_super().

индекс статьи
страница 1 - текущая : страница без заголовка
страница 2 : страница без заголовка
страница 3 : страница без заголовка