linukernelfuse源码剖析.docx

1、linukernelfuse源码剖析FUE源码剖析1、前言 本文就是对USE、9、源码得学习总结。FUS代码在用户空间与内核空间都有运行,为了突出重点，先简要描述了在基于FSE得用户空间文件系统中执行write操作得一般流程,接下来介绍了 重要得数据结 构，最后以F得运行过程为线索,剖析FUSE程序运行过程得3个关键步骤:1、FUSE模块加载2、n与pn过程、对文件write。对于虚拟文件系统与设备驱动得相关概念本文仅作简要说明。需要说明得就是,由于内核得复杂性及个人能力得有限,本文省略了包括内核同步，异常检查在内得诸多内容,希望可以突出重点.、FSE下ite得一般流程 图在基于FUSE得用户

2、空间文件系统中执行wr操作得流程如图所示(由于版面关系，图中部分函数就是缩写,请参考源码)：1、客户端在mout目录下面,对一个regularfil调用rt，这一步就是在用户空间执行、wre内部会调用虚拟文件系统提供得一致性接口vfswrite、根据FUSE模块注册得信息，vs_wrt会调用ue_，将写请求放入fuecnetion得rqustndngquee，随后进入睡眠等待应用程序rely4、用户空间得libfuse有一个守护进程通过函数fus_sesion_oo轮询杂项设备dev/use,一旦reutque有请求即通过fus_kern_haneive接收5、se_ken_chan_rece

3、iv通过rea读取reustuu中得内容,red系统调用实际上就是调用得设备驱动接口fse_d_red、在用户空间读取并分析数据，执行用户定义得wite操作，将状态通过use_epl_writ返回给kernel7、se_rly_rit调用VF提供得一致性接口fsrte8、vfs_ite最终调用use_dev_write将执行结果返回给第3步中等待在it得进程，此进程得到reply后,wte返回、数据结构本节主要介绍了FSE中比较重要得数据结构,需要说明得就是图示中只列出了与叙述相关得数据成员,完整得数据结构细节请参考源码。3、内核部分 图2trutfus_conn：每一次mount会实例化一个

4、structfuse_conn即fusconnection，它代表了用户空间与内核得通信连接。fueconnctio维护了包括pningli，ocessings与ioli在内得reuestqeue，fseconnection通过这些队列管理用户空间与内核空间通信过程。ucfusereq:每次执行系统调用时会生成一个tructfe_req,这些fue_re依据tte被组织在不同得队列中,trutfuse_onn维护了这些队列、structile:存放打开文件与进程之间进行交互得有关信息，描述了进程怎样与一个打开得文件进行交互，这类信息仅当进程访问文件期间存在于内核内存中。sutnode：文件系统

5、处理文件所需要得所有信息都放在一个名为inoe（索引节点)得数据结构中。文件名可以随时更改，但就是索引节点对文件就是唯一得，并且随着文件得存在而存在.trt：定义了可以对文件执行得操作。、2、用户空间部分 图3sructsereq：这个结构与上文中内核得fus_req同名，有着类似得作用,但就是数据成员不同。structfus_sssio：定义了客户端管理会话得结构体,包含了一组对sssin可以执行得操作。structfuse_can：定义了客户端与FUSE内核连接通道得结构体，包含了一组对cannel可以执行得操作。sructse_ll_o：结构得成员为一个函数指针unc与命令名字符串am，

6、内核中发过来得每一个rquet最后都映射到以此结构为元素得数组中.4、FUS模块加载USE内核模块需要在用户空间使用imod或者modprbe加载.它们通过系统调用init_modue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_neap2、遍历链表，如果未注册,则将fusebkstype链到链表尾部3、遍历链表,如果未注册,则将ue_fstye链到链表尾部4、创建us_ko与onectinkobj两个kobject5、遍历链表，如果未注册,则将fuse_cl_s_type链到链表尾部模块成功加载以后,以下接口被注册234567891011123141511718

7、1921223225627282903333343tati stt fubk_f_type= /块设备、ownr= _MODULE，、nam fuselk,、nt= fuse_mount_lk,、kl_s=use_kllsb_blk，、s_flag = SREUIE_DEV F_HAS_SUBYPE,；stticsruct fse_fs_type =、owerTHS_MODUE,、nae us，、s_flas = F_AS_SUYP,、ount= fse_un，、kil_b=fuse_killsb_non，；cnst strc fu_dev_oprin = 、wer=THIS_MOU，、lee

8、=nolseek，、ea = o_ync_e,、io_read fuse_dv_read,、sliceread fseevpliceread，、write= o_synwite,、ao_wrie fus_dewite,、si_wrie=fuse_evsplice_write，、ol =fus_de_pl，、eleae= fuse_d_rease,、fayc = ue_dev_fasn,；static stru miscdvcusmscevc = 、inr = FSE_MINOR，、nam= ”use,、fos= &u_dv_operations,；5、munt与open过程FSE模块加载注册了

9、fuselk_typ与fus_fs_tp两种文件类型,默认情况下使用得就是fefs_tpe即mut函数指针被初始化为fuse_mont，而fusent实际调用ont_noev，它主要由如下两步组成：、sget（fs_typ）搜索文件系统得超级块对象（super_bok)链表（tyefs_sps）,如果找到一个与块设备相关得超级块，则返回它得地址.否则,分配并初始化一个新得超级块对象,把它插入到文件系统链表与超级块全局链表中,并返回其地址.2、filsuper（此函数由各文件系统自行定义)：这个函数式各文件系统自行定义得函数，它实际上就是use_fil_sper。一般fll_super会分配索引

10、节点对象与对应得目录项对象，并填充超级块字段值,另外对于fus还需要分配fus_con，fue_rq。需要说明得就是，它在底层调用了ue_in_用fuse_与use_分别初始化no-ifop与od-_data、ops。123456781113115171819022324267829taic onst trct fuse = 、llseek=use_，、re = do_syn_rea，、ao_read fue_，、rite= dosync_write,、aio_wrie= fs_，、map fus_，、ope = fuse_open，、flush=fue_ush，、reease fserele

11、se，、fsyncfu_fsyc，、o fus_,、lock use_，、splce_read= geeric_，、nocdioctl us_，、pat_ocl = ue_，、pol =fuse，、flocate fuse_,；ttc onst ruct address_pceoeaion use_=、radag = fus_reapa，、wrtepae= fus_writepge，、launder_page= _landerpag,、readpges=fe_radag，、e_ge_iy = _set_ae_diry_nbuffers，、bmp =fue_ap，、diect_I= fuse_i

12、rect_IO,；opn系统调用底层实现相当复杂，它得主要工作就是实例化i对象.fi-p就就是在open中被赋值为inoe-i_fop,这一过程读者可以在s/pen、中得doetr_pn函数中找到.如上所述,ie_op已经被e_ni_初始化为fs_。至此，普通文件与设备文件得操作接口都已成功初始化.、FUSE用户空间流程USE在用户空间提供了fueuserpeibrary与out/umnt.fueuespacelibrar提供了一组AP供用户开发用户空间文件系统。用户要做得就就是实现fue_operations或se_lwevl_ps定义得操作，这两个结构类似于FS中得strut。mount工

13、具fusermout用于挂载用fue实现得文件系统。用户在使用fse得时候有两种开发模式：一种就是ghvel模式,此模式下fs得入口函数为fuse_main,它封装了一系列初始化操作，使用简单，但就是不灵活。另一种就是lowleve模式，用户可以利用fue提供得底层函数灵活开发应用程序。需要说明得就是higlv模式其实就是对lwlevel得封装，因此这里分析olevel模式. 图图4展示FUS在用户空间总体工作流程:、调用fue_munt实例化sructfu_can为ch，将指定目录unt到挂载点2、实例化trtfs_sesso为e,并且将se与c关联3、进入循环,从ev/fuse读取数据，处

14、理以后执行响应得操作 图图5展示了use_mont函数内部流程：1、确保打开得文件描述符至少大于2、分析并检查用户传入得参数、打开/ev/fe得到fd，用户空间与内核通过/de/fuse通信4、mount源目录到挂载点5、用fd实例化strutfus_chan为ch6、返回ch 图图6展示了use_mout_t25内部细节，进入循环以后，函数fuse_esi_eceeb实际通过fse_ll_eceive_bf从/dev/fuse中读取数据,其通过bf返回。use_llreceveuf就是通过ead或者plice系统调用从内核reuest队列中读取数据。函数fuse_sessonprocess_

15、b实际通过use_ll_process_buf处理数据,fell_processbu会根据数据类型最后执行用户定义得操作felosin-opd、fu(，in-noded，na).执行完用户定义得操作以后需要向内核返回执行结果，fuse提供了一组类似fseply_X得API，这些API最后实际通过系统调用writev将结果传入内核。7、E内核部分流程FSE在内核空间执行得部分主要包括FUSE模块加载以及杂项设备驱动。模块加载过程已经在第4节介绍，这一节主要描述从reues队列读写请求得流程.FSE设备驱动程序本质上就是一个生产者消费者模型。生产者为用户在挂载目录下对普通文件(gularfile)

16、执行得系统调用,每一次系统调用会产生一个reqet然后将去放入pendinglist。pendglist能存放得元素个数只与系统内存有关;消费者为用户对设备文件/dev/se或者de/fuseblk得ra,这一操作会去ndinlis或interruist取reus，当is为空时，进程主动schedle让出CP。qust结构得细节在第3节已经介绍，此处不赘述。enmufueq_ta定义了equet得6种状态，其含义分别为：FSEREQ_INT:请求被初始化_RE_PENDIN:请求挂起待处理FSE_REQ_EADNG：请求正在读FUSE_RE_SET:请求被发送FUE_EQ_WRITING:请求

17、正在写FUSE_Q_FIISH：请求已经完成 图图就是在mout目录下面执行wie以后触发得一个函数调用序列，图中省略了S层得函数调用。fs_就是在mot过程中注册到fse_得函数指针，它会调用fuse_perform_rite，feperorm_wrte调用et_fuseconn得到strutfuse_conn实例,它保存在tucter_lck得私有数据成员中s_fs_inf中，而trcter_lok就是srcinode得一个成员。接下来就是循环从用户空间拷贝数据到内核，数据实际保存在strctpgs中,内核fse_rq保存了pges指针，然后调用fuse_sendwite_gs. 图Fse

18、_endwritg调用会等待脏数据写回到磁盘上,然后调用s_write_il将包括操作码FSE_WRITE在内得信息写入equt。随后f_reus_send（fc,req）,它先通过use_ge_uniu获取唯一请求号，请求号就是一个4位无符号整数，请求号从1开始随请求依次递增。然后调用quue_reques（c,e）,它主要完成件事情：1、将reques-list插入fc维护得ndin链表尾部2、置eqsate为FUSRE_ENDING、wa_up唤醒等待队列fcaitq、kill_fyn异步通知用户进程数据到达从quue_qust返回以后调用request_witanswr：进程被投入睡眠

19、,等待请求完成(wait_ent(reqstt=USE_REQ_FISHE）。如果用户程序处理完了请求，它会epl，进程被唤醒，到此可以向上层调用返回处理结果（错误码或者写入字节数）。在第节我们提到了用户空间有个demn进程会循环read设备文件fue/dev以便处理内核请求，图展示了该rea调用触发得函数调用序列. 图9从第4节可知，FUSE模块加载过程注册了对设备文件d/fuse得操作接口fue_ev_opeatin。由此可知，ed底层实际调用得就是fuse_e_readfus_dev_ead首先通过use_get_conn获得strucuse_con得实例fc，通过fseop_ni为ru

20、tfus_cystate分配内存并将其实例化。主要得数据读取在fusdevdo_read中分4步完成：1、requestwit：在挂起得列表上等待一个请求到达：（1）、DECR_WAITEUE（wi，curret）：创建等待队列项,并将其初始化为curent(）、addwat_que_usve（fcaitq，&wat）：将wat加入fcwaitq,当有请求发送到US文件系统时，这个等待队列上得进程会被唤醒(3）、如果没有request，一直循环检查edinist与iterruptlis，直到有请求；如果有请求则将state设置为AK_UNG(4）、将wit从等待队列中移除2、lit_entry

21、(fcpning、next,stfuse_req，lis）：从f-nding、nxt中取出equest，req-state状态设为FUS_R_REAI，3、将req-list移到fco4、fuse_co_one：将数据拷贝到ttfuse_copy_tte得bu中（此buf指针指向应用层得vidbf）,返回。阅读代码时需要注意:usede_red：srucfuse_pysta成员wri为;fuse_de_te:structfse_coptae成员ri为.用户读取eqet，分析并执行以后需要调用fse_wte_rpl回复内核,这个函数最终调用rite写/de/fuse。图1就是wr触发得函数调用序列。图10wit前两步与read类似即获取fc（tructfusecon）与实例化cs(ructf_cystat）实际