linux檔案系統之mount流程分析
Linux VFS的mount過程基本原理如下圖所示：
當用戶輸入”mount /dev/sdb /mnt/alan”命令後，Linux會解析/mnt/alan字串，並且從Dentry Hash表中獲取相關的dentry目錄項，然後將該目錄項標識成DCACHE_MOUNTED。一旦該dentry被標識成DCACHE_MOUNTED，也就意味著在訪問路徑上對其進行了遮蔽。
在mount /dev/sdb裝置上的ext3檔案系統時，核心會建立一個該檔案系統的superblock物件，並且從/dev/sdb裝置上讀取所有的superblock資訊，初始化該記憶體物件。Linux核心維護了一個全域性superblock物件連結串列。s_root是superblock物件所維護的dentry目錄項，該目錄項是該檔案系統的根目錄。即新mount的檔案系統內容都需要通過該根目錄進行訪問。在mount的過程中，VFS會建立一個非常重要的vfsmount物件，該物件維護了檔案系統mount的所有資訊。Vfsmount物件通過HASH表進行維護，通過path地址計算HASH值，在這裡vfsmount的HASH值通過“/mnt/alan”路徑字串進行計算得到。Vfsmount中的mnt_root指向superblock物件的s_root根目錄項。因此，通過/mnt/alan地址可以檢索VFSMOUNT Hash Table得到被mount的vfsmount物件，進而得到mnt_root根目錄項。
例如，/dev/sdb被mount之後，使用者想要訪問該裝置上的一個檔案ab.c，假設該檔案的地址為：/mnt/alan/ab.c。在開啟該檔案的時候，首先需要進行path解析。在解析到/mnt/alan的時候，得到/mnt/alan的dentry目錄項，並且發現該目錄項已經被標識為DCACHE_MOUNTED。之後，會採用/mnt/alan計算HASH值去檢索VFSMOUNT Hash Table，得到對應的vfsmount物件，然後採用vfsmount指向的mnt_root目錄項替代/mnt/alan原來的dentry，從而實現了dentry和inode的重定向。在新的dentry的基礎上，解析程式繼續執行，最終得到表示ab.c檔案的inode物件。
關鍵資料結構說明
Linux VFS mount所涉及的關鍵資料結構分析如下。
Vfsmount資料結構
Vfsmount資料結構是vfs mount最為重要的資料結構，其維護了一個mount點的所有資訊。該資料結構描述如下：
struct vfsmount {struct list_head mnt_hash;/* 連線到VFSMOUNT Hash Table */struct vfsmount *mnt_parent;/* 指向mount樹中的父節點 */struct dentry *mnt_mountpoint;/* 指向mount點的目錄項 */struct dentry *mnt_root;/* 被mount的檔案系統根目錄項 */struct super_block *mnt_sb;/* 指向被mount的檔案系統superblock */#ifdef CONFIG_SMP struct mnt_pcp __percpu *mnt_pcp;atomic_t mnt_longterm;/* how many of the refs are longterm */#elseint mnt_count;int mnt_writers;#endifstruct list_head mnt_mounts;/* 下級（child）vfsmount物件連結串列 */struct list_head mnt_child;/* 鏈入上級vfsmount物件的連結串列點 */int mnt_flags;/* 4 bytes hole on 64bits arches without fsnotify */#ifdef CONFIG_FSNOTIFY __u32 mnt_fsnotify_mask;struct hlist_head mnt_fsnotify_marks;#endifconstchar*mnt_devname;/* 檔案系統所在的裝置名字，例如/dev/sdb */struct list_head mnt_list;struct list_head mnt_expire;/* link in fs-specific expiry list */struct list_head mnt_share;/* circular list of shared mounts */struct list_head mnt_slave_list;/* list of slave mounts */struct list_head mnt_slave;/* slave list entry */struct vfsmount *mnt_master;/* slave is on master->mnt_slave_list */struct mnt_namespace *mnt_ns;/* containing namespace */int mnt_id;/* mount identifier */int mnt_group_id;/* peer group identifier */int mnt_expiry_mark;/* true if marked for expiry */int mnt_pinned;int mnt_ghosts;};
在Linux核心中不僅存在VFSMOUNT的Hash Table，而且還維護了一棵Mount物件樹，通過該mount樹，我們可以瞭解到各個檔案系統之間的關係。該mount樹描述如下：
上圖所示為三層mount檔案系統樹。第一層為系統根目錄“/”；第二層有兩個mount點，一個為/mnt/a，另一個是/mnt/b；第三層在/mnt/a的基礎上又建立了兩個mount點，分別為/mnt/a/c和/mnt/a/d。通過mount樹，可以對整個系統的mount結構一目瞭然。
Superblock資料結構
每個檔案系統都會擁有一個superblock物件對其基本資訊進行描述。對於像ext3之類的檔案系統而言，在磁碟上會持久化儲存一份superblock元資料資訊，記憶體的superblock物件由磁碟上的資訊初始化。對於像block device 之類的“偽檔案系統”而言，在mount的時候也會建立superblock物件，只不過很多資訊都是臨時生成的，沒有持久化資訊。Vfs superblock資料結構定義如下：
struct super_block {struct list_head s_list;/* 鏈入全域性連結串列的物件*/dev_t s_dev;/* search index; _not_ kdev_t */unsignedchar s_dirt;unsignedchar s_blocksize_bits;unsignedlong s_blocksize;loff_t s_maxbytes;/* Max file size */struct file_system_type *s_type;conststruct super_operations *s_op;/* superblock操作函式集 */conststruct dquot_operations *dq_op;conststruct quotactl_ops *s_qcop;conststruct export_operations *s_export_op;unsignedlong s_flags;unsignedlong s_magic;struct dentry *s_root;/* 檔案系統根目錄項 */struct rw_semaphore s_umount;struct mutex s_lock;int s_count;atomic_t s_active;#ifdef CONFIG_SECURITY void*s_security;#endifconststruct xattr_handler **s_xattr;struct list_head s_inodes;/* all inodes */struct hlist_bl_head s_anon;/* anonymous dentries for (nfs) exporting */#ifdef CONFIG_SMP struct list_head __percpu *s_files;#elsestruct list_head s_files;#endif/* s_dentry_lru, s_nr_dentry_unused protected by dcache.c lru locks */struct list_head s_dentry_lru;/* unused dentry lru */int s_nr_dentry_unused;/* # of dentry on lru *//* s_inode_lru_lock protects s_inode_lru and s_nr_inodes_unused */spinlock_t s_inode_lru_lock ____cacheline_aligned_in_smp;struct list_head s_inode_lru;/* unused inode lru */int s_nr_inodes_unused;/* # of inodes on lru */struct block_device *s_bdev;struct backing_dev_info *s_bdi;struct mtd_info *s_mtd;struct list_head s_instances;struct quota_info s_dquot;/* Diskquota specific options */int s_frozen;wait_queue_head_t s_wait_unfrozen;char s_id[32];/* Informational name */ u8 s_uuid[16];/* UUID */void*s_fs_info;/* Filesystem private info */fmode_t s_mode;/* Granularity of c/m/atime in ns. Cannot be worse than a second */ u32 s_time_gran;/* * The next field is for VFS *only*. No filesystems have any business * even looking at it. You had been warned. */struct mutex s_vfs_rename_mutex;/* Kludge *//* * Filesystem subtype. If non-empty the filesystem type field * in /proc/mounts will be "type.subtype" */char*s_subtype;/* * Saved mount options for lazy filesystems using * generic_show_options() */char __rcu *s_options;conststruct dentry_operations *s_d_op;/* default d_op for dentries *//* * Saved pool identifier for cleancache (-1 means none) */int cleancache_poolid;struct shrinker s_shrink;/* per-sb shrinker handle */};
程式碼流程分析
Linux中實現mount操作需要一定的程式碼量，下面對Linux VFS Mount程式碼進行分析說明，整個分析過程按照mount操作函式呼叫流程進行。程式碼分析基於Linux-3.2版本。
當用戶在使用者層執行mount命令時，會執行系統呼叫從使用者態陷入linux核心，執行如下函式（namespace.c）：
SYSCALL_DEFINE5(mount,char __user *, dev_name,char __user *, dir_name,char __user *, type,unsignedlong, flags,void __user *, data){int ret;char*kernel_type;char*kernel_dir;char*kernel_dev;unsignedlong data_page;/* 獲取mount型別 */ ret = copy_mount_string(type,&kernel_type);if(ret <0)goto out_type;/* 獲取mount點目錄字串 */ kernel_dir = getname(dir_name);if(IS_ERR(kernel_dir)){ ret = PTR_ERR(kernel_dir);goto out_dir;}/* 獲取裝置名稱字串 */ ret = copy_mount_string(dev_name,&kernel_dev);if(ret <0)goto out_dev;/* 獲取其它選項 */ ret = copy_mount_options(data,&data_page);if(ret <0)goto out_data;/* 主要函式，執行掛載檔案系統的具體操作 */ ret = do_mount(kernel_dev, kernel_dir, kernel_type, flags,(void*) data_page); free_page(data_page); out_data: kfree(kernel_dev); out_dev: putname(kernel_dir); out_dir: kfree(kernel_type); out_type:return ret;}
do_mount()函式是mount操作過程中的核心函式，在該函式中，通過mount的目錄字串找到對應的dentry目錄項，然後通過do_new_mount()函式完成具體的mount操作。do_mount()函式分析如下：
long do_mount(char*dev_name,char*dir_name,char*type_page,unsigned相關推薦
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