操作系统课程设计 indoec流程及代码分析.docx
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操作系统课程设计indoec流程及代码分析
1．总体概述2
2．模块整体功能介绍及主要目标2
2．1模块整体功能2
2．2主要目标3
3．头文件的分析3
3．1头文件kernel.h3
3．2头文件sched.h4
3．3头文件system.h4
3．4头文件fs.h4
4．数据结构的分析4
5．函数的分析6
5．1read_inode（）函数分析6
5．2 write_inode（）函数分析7
5．3sleep_on（）函数分析7
5．4wait_on_inode（）函数分析8
5．5lock_inode（）函数分析9
5．6unlock_inode（）函数分析9
5．7invalidate_inodes（）函数分析10
5．8sync_inodes（void）函数分析11
5．9_bmap（）函数分析11
5．10bmap（）函数分析15
5．11iput（）函数分析15
5．12get_empty_inode（）函数分析17
5．13get_pipe_inode（）函数分析18
5．14create_block（）函数分析18
5．15iget（）函数分析19
6．分析体会及自己所做亮点工作21
7．参考文献23
1．总体概述
实验名称：
Linux0.11文件系统源代码分析之I节点管理源代码分析；源代码在源程序中的具体位置：
linux/fs/inode.c（电子书《Linux内核0。
11完全注释》赵炯编著的451页）。
实验要求：
对该源代码进行分析的主要任务是对重要的头文件进行分析、结合代码对实现所用的主要数据结构进行分析、结合代码对主要函数功能进行分析，并画出函数间调用关系结构图或程序流程图。
实验预期结果：
从形式上来看，程序主要是头文件、数据结构和函数构成，从思路上来看，程序是由数据结构和算法构成，但是现在Linux操作系统源代码，已经给了我们，而且别人也分析的特别的详细了。
作为初学者，没有什么经验，我想能把它看懂就不错了，所以最重要的是对程序的各个函数进行分析，画出流程图（主要是通过流程图来分析），在画流程图的过程中，仔细体会每行代码的作用和思路，从而最终看懂整个inode.c程序。
2．模块整体功能介绍及主要目标
2．1模块整体功能
inode.c程序主要涉及文件系统i节点信息的访问和管理。
每个文件的创建都会有一个i节点，它包括该文件的所有信息，本程序就是对创建好的文件的i节点进行管理。
该程序主要包括处理i节点的iget（）、iput（）、bmap（），以及其他一些辅助函数。
iput（）函数的功能与iget（）函数正好相反，主要把i节点引用计数值递减1，要是在某一时刻进程不需要持续使用一个i节点时就应该调用iput（）函数来使i节点引用值减1，好让内核执行其他一些处理。
（详细过程见iput（）函数的流程图（图14））；
iget（）函数的功能是从设备上取指定节点号的i节点，处理过程是扫描整个i节点表，来找相应的i节点，当找到后再等待解锁，这时i节点表可能会发生变化，就要再重新扫描i节点表，还要把i节点的引用计数值增1，还要判断是否是安装点，要是的话，就在超级块表中找，找到后，再写盘，再重新扫描整个i节点表。
最后返回找到的i节点指针。
（详细过程见iget（）函数的流程图（图18））。
2．2主要目标
主要分析inode.c程序中的处理i节点的主要处理函数，包括iget（）、iput（）、bmap（），以及其他一些辅助函数。
结合代码对主要函数功能进行分析，并画出函数间调用关系结构图或程序流程图。
3．头文件的分析
3．1头文件kernel.h
panic（constchar*str）;//标准打印（显示）函数
printf（）;//内核专用的打印信息函数，功能与printf（）相同
printk（）;//往tty上写指定长度的字符串。
3．2头文件sched.h
externvoidsleep_on（structtast_struct**p）;//不可中断的等待睡眠
externvoidinterruptible_sleep_on（structtast_struct**p）;//可中断的等待睡眠
externvoidwake_up（structtast_struct**p）;//明确唤醒睡眠的进程。
3．3头文件system.h
sti（）;//开中断嵌入汇编宏函数
cli（）;//关中断
3．4头文件fs.h
externstructm_inodeinode_table[NR_INODE];//定义i节点表数组（32项）
externvoidtruncate（structm_inode*inode）;//刷新i节点信息。
externvoicsync_inodes（void）;//等待指定的i节点。
externvoidbrelse（structbuffer_head*buf）;//读取指定的数据块。
4．数据结构的分析
4．1structbuffer_head{…};//缓冲块头数据结构，在程序中常用bh来表示buffer_head类型的缩写（极为重要）（结构见图1）
图1structbuffer_head结构体
4．2structd_inode{…};//磁盘上的索引节点（i节点）数据结构。
4．3structm_inode{…};//在内存中的i节点结构（结构见图2）
图2structm_inode结构体
4．4structsuper_block{…};//内存中磁盘超级块结构（结构见图3）
图3structsuper_block结构体
4．5structd_super_block{…};//磁盘上超级块结构
4．6structm_inodeinode_table[NR_INODE]={{0,},};//内存中I节点表
5．函数的分析
5．1read_inode（）函数分析
5．1．1函数头：
staticvoidread_inode（structm_inode*inode）;
5．1．2主要功能：
读取指定I节点信息；从设备上读取含有指定I节点信息的I节点盘块，然后复制到指定的I节点结构中。
为了确定I节点所在的设备逻辑块号（或缓冲块），必须首先读取相应设备上的超级块，以获取用于计算逻辑块号的每块I节点数信息INODES_PER_BLOCK.在计算出I节点所在的逻辑块号后，就把该逻辑块读入一缓冲块中。
然后把缓冲块中相应位置处的I节点内容复制到参数指定的位置处。
5．1．3流程图：
（见图4）
图4read_inode（）函数流程图
5．2 write_inode（）函数分析
5．2．1函数头：
staticvoidwrite_inode（structm_inode*inode）;
5．2．2功能分析：
将i节点信息写入缓冲区中。
该函数把参数指定的i节点写入缓冲区相应的缓冲块中，待缓冲区刷新时会写入盘中。
5．2．3流程图：
（见图5）
图5write_inode（）函数流程图
5．3sleep_on（）函数分析
5．3．1函数头：
voidsleep_on（structtast_struct**p）;
5．3．2功能分析：
把当前任务置为不可中断的等待状态，并让睡眠队列列头指针指向当前任务，只有明确地唤醒时才会返回。
该函数提供了进程与中断处理程序之间的同步机制。
函数参数p是等待任务队列列头指针。
指针是含有一个变量地址的变量。
这里参数p使用了指针的指针形式‘**p’，这是因为C函数参数只能传值，没有直接的方式让被调用函数改变调用该函数程序中变量的值。
但是指针‘*p’指向的目标（这里是任务结构）会改变，因此为了能修改调用该函数程序中原来就是指针变量的值，就需要传递指针‘*p’的指针，即‘**P’。
5．4wait_on_inode（）函数分析
5．4．1函数头：
staticinlinevoidwait_on_inode（structm_inode*inode）;
5．4．2函数的功能：
等待指定的i节点可用；如果i节点已被锁定，则将当前任务置为不可中断的等待状态，并添加到该I节点的等待队列i_wait中，直到该i节点解锁并明确地唤醒本任务。
5．4．3程序流程图：
（见图6）
图6wait_on_inode（）函数流程图
5．5lock_inode（）函数分析
5．5．1函数头：
staticinlinevoidlock_inode（structm_inode*inode）;
5．5．2函数的功能：
对指定的I节点上锁；如果I节点已被锁定（即当inode->i_lock=1），则将当前任务置为不可中断的等待状态，并添加到该I节点的等待队列i_wait中。
直到该I节点解锁（inode->i_lock=0时）并明确地唤醒本任务。
然后对其上锁（inode->i_lock=1）。
5．5．3流程图：
（见图7）
图7lock_inode（）函数流程图
5．6unlock_inode（）函数分析
5．6．1函数头：
staticinlinevoidunlock_inode（structm_inode*inode）;
5．6．2函数的功能：
对指定的i节点解锁；首先使i节点的锁定标志为0（复位），并明确地唤醒（wake_up（&inode->i_wait））等待在此i节点等待队列i_wait上的所有进程。
5．7invalidate_inodes（）函数分析
5．7．1函数头：
voidinvalidate_inodes（intdev）;
5．7．2函数的功能：
释放设备dev在内存i节点表中的所有i节点；扫描内存中的i节点表数组，如果是指定设备使用的i节点就释放之。
5．7．3流程图：
（见图8）
图8invalidate_inodes（）函数流程图
5．8sync_inodes（void）函数分析
5．8．1函数头：
voidsync_inodes（voic）;
5．8．2函数的功能：
同步所有i节点；把内存i节点表中所有i节点与设备上i节点作同步操作。
5．8．3流程图：
（见图9）
图9sync_inodes（void）函数流程图
5．9_bmap（）函数分析
5．9．1函数头：
staticint_bmap（structm_inode*inode,intblock,intcreate）;
5．9．2函数的功能：
文件数据块映射到盘块的处理操作；参数：
inode-文件的i节点指针；block-文件中的数据块号；create-创建块标志。
该函数把指定的文件数据块block对应到设备上逻辑块上，并返回逻辑块号。
如果创建标志置位，则在设备上对应逻辑块不存在时就申请新磁盘块，返回文件数据块block对应在设备上的逻辑块号（盘块号）。
5．9．3流程图（由图10、11和12构成）
5．9．3．1主流程如下：
（见图10）
图10_bmap（）函数主流程图
5．9．3．2对一次间接块进行处理的过程：
（见图11）
图11_bmap（）函数中对一次间接块进行处理的流程图
5．9．3．3对二次间接块进行处理的过程：
（见图12）
Y
Y
Y
N
Y
N
图12_bmap（）函数中对二次间接块进行处理
5．10bmap（）函数分析
5．10．1函数头：
intbmap（structm_inode*inode,intblock）;
5．10．2函数的功能：
取文件数据块block在设备上对应的逻辑块号；参数：
inode-文件的内存i节点指针；block-文件中的数据块号；若操作成功则返回对应的逻辑块号，否则返回0。
5．10．3调用结构图：
（见图13）
图13bmap（）函数调用结构图
5．11iput（）函数分析
5．11．1函数头：
voidiput（structm_inode*inode）;
5．11．2功能分析：
放回（放置）一个i节点（回写入设备）。
该函数主要用于把i节点引用计数值递减1，并且若是管道i节点，则唤醒等待的进程。
若是块设备文件i节点则刷新设备。
并且若i节点的链接计数为0，则释放该i节点占用的所有磁盘逻辑块，并释放该i节点。
5．11．3流程图：
（见图14）
图14iput（）函数流程图
5．12get_empty_inode（）函数分析
5．12．1函数头：
structm_inode*get_empty_inode（void）;
5．12．2功能分析：
从i节点表（inode_table）中获取一个空闲i节点项；5．12．3流程图：
（见图15）
图15get_empty_inode（）函数流程图
5．13get_pipe_inode（）函数分析
5．13．1函数头：
structm_inode*get_pipe_inode（void）;
5．13．2功能分析：
获取管道节点。
5．13．3流程图：
（见图16）
图16get_pipe_inode（）函数流程图
5．14create_block（）函数分析
5．14．1函数头：
intcreate_block（structm_inode*inode,intblock）;
5．14．2功能分析：
取文件数据块block在设备上对应的逻辑块号；如果对应的逻辑块不存在就创建一块；返回设备上对应的已存在或新建的逻辑块号。
参数：
inode-文件的内存i节点指针；block-文件中的数据块号。
5．14．3调用结构图：
（见图17）
图17create_block（）函数调用结构图
5．15iget（）函数分析
5．15．1函数头：
structm_inode*iget（intdev,intnr）;
5．15．2功能分析：
取得一个i节点。
5．15．3流程图：
（见图18）
图18iget（）函数流程图
6．分析体会及自己所做亮点工作
经过自己几天的努力，Linux0.11文件系统源代码分析之I节点管理源代码分析inode.c，终于用自己的思路分析完了，理解透了。
Inode.c程序总共有339行代码，乍一看，自己都会心烦，很难看下去，报告也无从着手来写，虽然注解非常的详细，看代码最忌讳的就是没有耐心，所以在看代码之前就必需使自己静下心来，然后根据熊老师的要求，报告的说明，想好自己的分析计划。
先整体看一下程序，看它由哪些函数构成，第一遍看下来，就发现在inode.c程序中，定义了一些主要函数（如：
read_inode（）,write_inode（）,iget（）,get_pipe_inode（）,get_empty_inode（）,iput（）,bam（）,_bamp（）,sync_inode（）,invalidate_inodes（）,unlock_inode（）,lock_inode（）,wait_inode（））（看第一遍时，只看一下这些函数头），它在本程序中定义了，那么看懂这些是必需的，不过同时我也发现，在这些函数中，也调用了其他的一些函数（如：
cli（）,sti（）,sleep_on（）,wake_up（）,printk（）,panic（）,bread（）等等），而这些函数呢，在本程序中却没有定义，只是直接拿来调用它了，开始是用点糊涂，一下子间反应不过来是怎么回事，后来问了熊老师，他的讲解，让我顿间明白过来，也想起自己以前也编写过的像这种把所有的子程序，综合起来运行，那就是把一些需要共享的函数的函数头放到头文件中，当哪个子程序需要调用它们时，只需要加载相应的头文件即可。
最终这些函数在头文件（第11章）都能够找到。
（有注解，所以我能看的懂）。
类似的道理，一些在此程序中没有定义的数据结构，在头文件中也都有定义。
在最初不断地浏览整个程序的过程中，也遇到了一些问题，虽然有注解，但是注解中的有些词汇（名词），却不知道是什么意思，同时我注意到，inode.c程序只是文件系统源代码的一部分，而文件系统中的各个子程序也有交叉，所以我现在要明白，不能孤立地看这个程序，而是要是发现不懂的地方，可以到别的程序中找答案，例如：
超级块：
超级块中主要存放了有关整个文件系统的信息，其信息结构参见“总体功能描述”中的图9-3（电子书399页），并说明各部分的大小。
在linux0.11系统中，被加载的文件系统超级块保存在超级块表（数组）supper_block[]中。
整体思路想好后，接下来的任务就是单个的分析每个数据结构、函数，注意有些数据结构在本程序中没有定义，要到头文件中去寻找。
在分析函数的时候，有了前提知识，我是直接分析源代码的结构的，只有自己不懂的时候，才会去看注解，然后基本上都是用流程图或函数间调用结构图来描述的，再加了一些说明性的文字。
这样我就利用电子书上的注解分析，转换为自己的思路，这样的思维不那么呆板，而且也很有成就感。
通过分析程序画出其流程图，使我必需耐心看完并分析每条语句，分析一点，就记录一点在图上，最终把整个程序分析完。
冰冻之尺，非一日之寒，339行的程序分析下来，也花了我不少时间，从开始查资料到最后报告的完成，前后也有5天的时间。
分析此程序，使我了解了，处理i节点的函数iget（）、iput（）、bmap（）,以及其他一些辅助函数的具体实现过程。
Iget（）是指从设备上读取指定节点号nr的i节点，而iput（）函数所完成的功能，正好与iget（）函数相反，它主要用于把i节点引用计数值递减1，并且若是管道i节点，则唤醒等待的进程。
各个函数的具体详细描述过程见此报告的正文，在此不再赘余。
以上都是自己在分析inode.c程序中所得出的一点体会及一些学习方法和思考问题的方式。
我自己认为，可能有一天，我把这个程序的编写过程给忘了，但是这样思考问题的方法和做事的态度，却很实用，会伴随我一生，使我受益匪浅。
7．参考文献
[1]《Linux0.11内核完全注释》赵炯编著
[2]《Linux内核2.4版源代码分析大全》机械工业出版社李善平2002.1
[3]《Linux操作系统内核分析》陈利君编著人民邮电出版社
[4]
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