linux 2.6.11内核文件IO的系统调用实现分析(flseek&close)

xuediao

本帖是《linux 2.6.11内核文件IO的系统调用实现分析》的第三个部分，主要说明lseek函数和close的系统调用。前面两部分说明如下：
a)《linux 2.6.11内核文件IO的系统调用实现分析(open&creat)》，主要说明open和creat两个文件IO的系统调用实现。
b) 《linux 2.6.11内核文件IO的系统调用实现分析(read&write)》，主要说明read和write两个文件IO的系统调用实现。

8.        lseek函数
8.1.        原型与参数
off_t sys_lseek(unsigned int fd, off_t offset, unsigned int origin)
每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件位移量”。它是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。(本节稍后将对“非负”这一修饰词的某些例外进行说明。)通常，读、写操作都从当前文件位移量处开始，并使位移量增加所读或写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选择项，否则该位移量被设置为0。可以调用lseek显式地定位一个打开文件。
对参数offset 的解释与参数origin的值有关。
• 若origin是SEEK_SET，则将该文件的位移量设置为距文件开始处offset 个字节。
• 若origin是SEEK_CUR，则将该文件的位移量设置为其当前值加offset, offset可为正或负。
• 若origin是SEEK_END，则将该文件的位移量设置为文件长度加offset, offset可为正或负。
若lseek成功执行，则返回新的文件位移量，为此可以用下列方式确定一个打开文件的当前位移量。这种方法也可用来确定所涉及的文件是否可以设置位移量。如果文件描述符引用的是一个管道或FIFO，则lseek返回－1，并将errno设置为EPIPE。
以下文字引用《UNIX高级编程》，在以前的内核版本，origin参数名为whence：
三个符号常数SEEK_SET，SEEK_CUR和SEEK_END是由系统V引进的。在系统V之前， whence被指定为0 (绝对位移量)，1 ( 相对于当前位置的位移量)或2 (相对文件尾端的位移量)。很多软件仍直接使用这些数字进行编码。在lseek中的字符l表示长整型。在引入off_t数据类型之前， offset参数和返回值是长整型的。lseek是由V7引进的，当时C语言中增加了长整型。(在V6中，用函数seek和tell提供类似功能。)
8.2.        实现分析
8.2.1.        主要函数调用关系图
sys_lseek （参见8.2.2 )
| ------------- vfs_llseek （参见8.2.3）
        |                         | ------------ default_llseek (参见8.2.4)
8.2.2.        主调用函数sys_lseek
asmlinkage off_t sys_lseek(unsigned int fd, off_t offset, unsigned int origin)
{
        off_t retval;
        struct file * file;
        int fput_needed;

        retval = -EBADF;
// 从进程文件链表中根据fd获取file文件表，如果没有这个文件表，则返回EBADF错误
        file = fget_light(fd, &fput_needed); // fput_needed标识是否需要更新file结构的使用计数器
        if (!file)
                goto bad;

        retval = -EINVAL;
        if (origin <= 2) {
                loff_t res = vfs_llseek(file, offset, origin); // 底层文件偏移操作，见8.2.3描述
                retval = res;
                if (res != (loff_t)retval)
                        retval = -EOVERFLOW;        /* LFS: should only happen on 32 bit platforms */
        }
        // 如果origin不是0.1.2，则释放标识，返回EINVAL
        fput_light(file, fput_needed);
bad:
        return retval; // 返回错误代码
}

8.2.3.        sys_lseek子函数vfs_llseek
loff_t vfs_llseek(struct file *file, loff_t offset, int origin)
{
        loff_t (*fn)(struct file *, loff_t, int); // 文件系统统一的底层lseek函数接口

        fn = no_llseek; // 如果操作权限不够或者驱动没有实现该接口，则返回ESPIPE错误
        if (file->;f_mode & FMODE_LSEEK) {// 检测是否有LSEEK的操作权限
                fn = default_llseek; // 默认的LSEEK实现函数，见8.2.4描述
                if (file->;f_op && file->;f_op->;llseek)
                        fn = file->;f_op->;llseek; // 文件模块实现的LSEEK函数
        }
        return fn(file, offset, origin); // 按照前面的接口函数执行LSEEK操作并返回结果。
}

8.2.4.        vfs_llseek子函数default_llseek
loff_t default_llseek(struct file *file, loff_t offset, int origin)
{
        long long retval;

        lock_kernel();
        switch (origin) {
                case 2: // 文件结尾向后偏移offset个字节
                        offset += i_size_read(file->;f_dentry->;d_inode);
                        break;
                case 1: // 当前位置向后偏移offset个字节
                        offset += file->;f_pos;
        }
        retval = -EINVAL;
        if (offset >;= 0) {
                if (offset != file->;f_pos) {
                        file->;f_pos = offset; // 刷新文件当前位置记录
                        file->;f_version = 0; // 更新文件version记录
                }
                retval = offset;
        }
        unlock_kernel();
        return retval;
}

9.        close函数
9.1.        函数原型与参数
int close (int f i l e d e s)
关闭一个文件时也释放该进程加在该文件上的所有记录锁。当一个进程终止时，它所有的打开文件都由内核自动关闭。很多程序都使用这一功能而不显式地用c l o s e关闭打开的文件。对于对个任务同时操作该文件时，需要先释放该句柄，才能关闭。
9.2.        实现分析
9.2.1.        主要函数调用关系图
sys_close （参见9.2.2 )
| ------------- filp_close （参见9.2.3）
9.2.2.        主调用函数sys_close
asmlinkage long sys_close(unsigned int fd)
{
        struct file * filp;
        struct files_struct *files = current->;files; // 进程的文件指针向量表

        spin_lock(&files->;file_lock);
        if (fd >;= files->;max_fds) // 超过进程最大句柄数，则返回EBADF
                goto out_unlock;
        filp = files->;fd[fd];  // 从向量表中获取当前文件句柄对应的文件结构
        if (!filp) // 不存在，则返回EBADF
                goto out_unlock;
        files->;fd[fd] = NULL; // 从句柄列表中清除该fd记录
        FD_CLR(fd, files->;close_on_exec); // 从关闭队列中清除该记录
        __put_unused_fd(files, fd); // 刷新进程文件指针向量表
        spin_unlock(&files->;file_lock);
        return filp_close(filp, files); // 调用子函数关闭，参见9.2.3说明

out_unlock:
        spin_unlock(&files->;file_lock);
        return -EBADF;
}

9.2.3.        sys_clsoe子函数filp_close
int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)
{
        int retval;

        retval = filp->;f_error; //清除出错标识
        if (retval)
                filp->;f_error = 0;

        if (!file_count(filp)) {// 获取当前使用文件句柄的任务数目，如果有其他任务占用，则返回
                printk(KERN_ERR "VFS: Close: file count is 0\n";
                return retval;
        }

        if (filp->;f_op && filp->;f_op->;flush) {
                int err = filp->;f_op->;flush(filp); //调用文件模块函数执行flush操作。
                if (!retval)
                        retval = err;
        }

        dnotify_flush(filp, id); // 释放内核缓存
        locks_remove_posix(filp, id); // 释放该文件结构实例的posix同步锁
        fput(filp);
        return retval;
}

9.3.        小结
主调用函数主要实现进程文件指针向量表的刷新。而filp_close则实现了内核和具体的文件驱动模块对文件结构的关闭操作。

lifengliu

看来lseek函数的实现要简单一点，大致是从管理层更改文件结构中对应的位置指针标识啊。