核心源码的物理布局.txt

献给ARM初学者

       
       
      VFS:超级块
       
      程序和设备的执行只是fs目录的一部分。fs的多数文件，以及子目录中的所有文件，都
      与文件相关的系统调用有关。更特别地：它们实现了所谓的VFS机制：虚拟文件系统（或
      虚拟文件系统切换----这些解释有点互相矛盾）。
       
      概念地说，VFS是Linux文件处理软件的一层。通过利用各种文件系统格式提供的特征，
      这层提供了到文件的统一接口。在磁盘上布局信息的各种技巧可以通过VFS接口用一致的
      方法访问。实际上，VFS减少到几个定义“操作”的结构。每个文件系统声明处理超级块
      、inode、和文件的这些操作。我们在本书中已经使用的file_operations结构就是VFS接

      口的一部分。
       
      核心通过安装每个文件系统来访问它。mount的一个任务是从磁盘上搜取所谓的“超级块
      ”。超级块是一个文件系统中的主要数据结构。它的名字来自于一个事实，历史上，它
      曾经是磁盘上的第一个物理块。文件super.c包括与超级块有关的有趣操作的源码：读取
      的同步它们、安装和卸装文件系统、在引导时安装根文件系统。
       
      除了这些有趣的（还有点复杂）操作，super.c也返回与文件系统有关的信息，包括由/p
      roc/mounts和/proc/filesystems提供的信息。
       
      函数register_filesystem和unregister_filesystem被模块化的文件系统类型使用；它
      们也在super.c中定义。文件filesystems.c是一个#ifdef语句的短表。依赖于那些选项
      被编译进核心，对应不同文件系统的各种init函数被调用。每个文件系统类型的init函
      数调用register_filesystem，因此不需要别的条件编译选项。
       
       
       
      Inode和高速缓存技术
       
      VFS接口的下一块是inode。每个inode由一个由设备号和inode号组成的唯一的键值确定
      。用户程序用文件名去访问文件系统中的结点，核心负责将文件名映射到唯一的键值。
      为了获得更好的性能，Linux维护了两个与inode键值相关的高速缓存：inode高速缓存和

      名字高速缓存（也叫目录高速缓存）。另外，核心还负责已经熟悉的缓冲高速缓存。
       
      inode高速缓存是一个哈希表，用于从设备/ inode号键值查找inode结构。高速缓存的实
      现，以及读写inode的例程，都在inode.c中。这个文件也实现了inode结构的锁机制以防
      止可能的死锁。
       
      名字高速缓存是一个表，它将inode号和文件名关联起来。当一个名字被连着用了几次，
      高速缓存就可以避免重复的目录查询。源文件dcache.c包含管理高速缓存的软件机制。
      使用名字高速缓存的多数系统调用和函数是namei.c（表示name-inode）的一部分，包括
      sys_mkdir，sys_symlink，sys_rename，及类似的调用。
       
      缓冲高速缓存是系统中最大的数据高速缓存，它的实现出现在巨大的文件buffer.c中。
       
      至于文件，file_table.c负责file结构的分配和释放。这包括get_empty_filp，它被ope
      n，pipe，socket调用。
       
       
       
      open.c
       
      fs中其它源文件中多数负责文件操作----与在驱动程序中需要实现的一样。第一个这样
      的文件是open.c，它包括了很多系统调用的代码。它也包括sys_open，及它的低级的对

      应者do_open，还有sys_close。这些系统调用都很直接，被映射到filp->f_op。
       
      open.c包含修改inode的系统调用：chown和chmod，以及它们的对应者fchown和fchmod。
       如果你对安全检查和不可变标志的使用感兴趣，你可以浏览源码，它可以被几乎所有的
      Unix编程者理解。改变inode中的次数也被支持----utime和utimes在这里定义。
       
      chroot，chdir，和fchdir也在open.c中找到，同时还有其它“改变”函数。
       
      源码中定义的第一个函数是statfs和fstatfs，它们通过inode->I_sb->s_op->statfs被
      分派文件系统特定的代码。
       
      truncate和access调用也出现在这个文件中。后者用进程的实际uid和gid检查文件的权
      限，暂时不考虑fsuid和fsgid。
       
       
       
      read.c和readdir.c
       
      正如其名字所示，read_write.c包含读和写，但它也包含了lseek和llseek（有人猜测这
      个前导l的数目是每十年增加一个）。lseek是使用off_t(long)的标准调用，而llseek使
      用loff_t(long long)。llseek系统调用映射到lseek文件操作，它被作为lseek的超集实
      现。有趣的是注意到核心2.1版将这个方法改名为llseek，以与其实现保持一致。

       
      read和write是很简单的函数，因为实际的数据传送是通过filp->f_op来分派的；read_w
      rite.c也包含了readv和writev的代码，它们稍为复杂，因为多块数据的传输必须跨过核
      心和用户边界。
       
      Linux不允许你直接读一个目录文件，如果你尝试，将会返回-EISDIR。目录只能用readd
      ir系统调用来读取，它是文件系统无关的；或使用getdents，即“取得目录项”。用get
      dents读一个目录要快一点，因为一个调用可以返回很多目录项，而readdir一次只能返
      回一项。不过，getdents只被libc-5.2或更新的库所支持。
       
       
       
      select.c
       
      select的完整实现居于select.c，除了select_wait线入函数。尽管select.c的代码很有
      趣，但却很难阅读，因为数据结构太复杂（这在第五章“增强的字符设备驱动程序操作
      ”中“底层数据结构中讨论过”）。不过select.c倒是阅读核心代码的一个好的起始点
      ，因为它是自包含的；除了一些无关紧要的细节外它不依赖与其它源文件。
       
       
       
      Pipe和fifos

       
      pipe和fifo通信通道的实现与字符设备驱动程序非常类似。通过为两个通道使用同样的
      文件操作来避免了代码重复；只有open方法不一样。除了fifo_open和fifo_init外所有
      的函数都在pipe.c中定义。由于fifo与文件系统结点类似，除了file_operations结构，
      它们还需要一组inode_operations与之相关。正确的结构在fifo.c中定义。
       
      下一个有趣的事情是注意到在pipe和fifo的实现中，pipe.c定义了两个file_operation
      结构：一个是为通道的可读侧的，一个是为可写侧的。这允许在read和write中跳过权限
      检查。
       
       
       
      控制函数
       
      文件的“控制”系统调用在两个根据这个调用命名的文件中：fcntl.c和ioctl.c。前者
      基本上是自包含的，因为为fcntl定义的所有的命令都是预定义的。由于其中一些只是du
      p的包裹者，因此dup的实现也在fcntl.c中。另外，由于fcntl调用负责异步触发，kill_
      fasync也可以在此找到。
       
      ioctl.c包含ioctl系统调用的外部接口。它是一个短文件，当它收到不认识的命令时，
      还要依赖于文件操作。
       

       
       
      文件锁
       
      Linux中实现了两类锁接口，flock系统调用和fcntl命令。后者是POSIX兼容的。
       
      文件locks.c包含了处理两个调用的代码。它也包括对强制锁的支持，它在2.0.0之前是
      一个编译选项，在2.1.4被改为一个安装（mount）时选项。
       
       
       
      次要文件
       
      fs的文件还支持磁盘定额（quota）。dquot.c实现了定额机制，而noquot.c包含空函数
      ；如果定额没有被包含在核心的配置中，它就代替dquot.c被编译。
       
      最后，stat.c实现了stat、lstat、readlink系统调用。在2.0.x定义了stat和lstat的两
      个实现，以保持与旧的x86库的后向兼容。
       
       
       
      网络

       
      Linux文件体系中的net目录是套接字抽象和网络协议的容库；这些特征使用了大量的代
      码，因为Linux支持集中不同的网络协议。每个协议（IP，IPX等等）都居于它自己的子
      目录中。Unix域的套接字被以一种网络协议对待，它们的实现可以在unix子目录找到。
      有趣的是注意到2.0版的核心只包含了IPv4，而版本2.1包含了相当完整的IPv6的支持，
      新来的标准解决了IPv4的编号问题。
       
      Linux中的网络实现是基于用于设备文件的同样的文件操作。这很自然，因为网络连接（
      套接字）是用一般文件描述符描述的。在核心中一个套接字是由一个结构socket(<linux
      /net.h>)描述。文件socket.c是套接字文件操作的容库。它通过结构proto_ops分派系统
      调用到其中的一个网络协议。这个结构被每个网络协议定义以将系统调用映射到低级的
      数据处理。
       
      net下的每个目录（除bridge，core，ethernet）都专用来实现一个网络协议。目录brid
      ge包含符合IEEE规范的以太网桥的优化实现。core中文件实现了通用的网络特征如：设
      备处理，火墙，选播和异名；这包括独立于底层协议（core/sock.c）的套接字缓冲区(c
      ore/skbuff.c)和套接字操作的处理。最后，ethernet包含通用的以太网函数。
       
      几乎每个net下的目录都有一个处理系统控制的文件；这样引出的信息可以通过/proc/sy
      s文件树或通过sysctl系统调用来访问。到sysctl的核心接口允许对系统控制入口点动态
      的增加和去除，在<linux/sysctl.h>中定义。
       

       
       
      IPC和lib函数
       
      进程间通信和库函数各有一个小的专用目录。
       
      ipc目录包含一个名为util.c的通用文件，以及每种通信方式的一个源文件：sem.c，shm
      ..c，msg.c。msg.c负责消息队列和kerneld引擎，kerneld_send。如果IPC没有在编译时
      打开，util.c引出一些空函数，它们通过返回-ENOSYS来实现IPC相关的系统调用。
       
      库函数就象你在C程序中常见的一些工具和变量：sprintf，vsprintf，errno整数值，以
      及被各种<linux/ctype.h>宏使用的_ctype数组。文件string.c包含字符串函数的可移植
      实现，但只有在体系结构特定的代码不包含优化的线入函数时才能编译。如果线入函数
      在头文件中定义，那么在string.c中的实现应该用#ifdef语句排除在外。
       
      lib中最“有趣”的文件是inflate.c，它是gzip的“gunzip”部分，是从gzip本身展开
      从而允许在引导时使用压缩的RAMdisk。这个技巧在需要的数据除了压缩，不能在一张软
      盘上放下时使用。
       
       
       
      Drivers

       现在对Linux的drivers目录已经没什么可说的了。这个目录中的源文件在整部书里已经
      被广泛引用；这也使我为什么在讨论源文件树时把它们留在最后。
       
       
       
      字符设备、块设备、和网络驱动程序
       
      尽管这些目录中大多数驱动程序是特定于某种特别的硬件的，还是有几个文件在系统设
      置时起到比较通用的作用。
       
      关于目录drivers/char，实现N_TTY行规则的代码就在这儿。N_TTY是系统tty的缺省行规
      则，它在n_tty.c中定义。在drivers/char中的另一个设备无关的文件是misc.c，它提供
      对“杂类”设备的支持。一个 “杂类”设备是有一个次设备号的简化的字符设备驱动程
      序。
       
      这个目录还包含了对PC控制台的支持，和其它一些体系结构相关的驱动程序；它实际上
      包含了一些在其它地方都不合适的杂项的集合。
       
      drivers/block则要清晰多了。它包含了多数快设备驱动程序的单个文件驱动程序，和全
      特征的IDE驱动程序，它被劈成了多个文件。这个目录的资格文件提供了通用目的的支持
      ；genhd.c处理分区表，ll_rw_block.c负责与物理设备之间数据传送的低级机制。reque
      st结构是ll_rw_block.c的主要部分。

       
      drivers/net包含了PC网卡驱动程序的长列表，以及几个其它体系结构的驱动程序（例如
      ，sunlance.c是为了多数Sparc计算机的接口的）。有些驱动程序比它看起来要复杂一些
      ，这在第十四章“网络驱动程序”中介绍过。例如ppp.c声明自己的行规则。
       
      在drivers/net下的通用目的源文件是Space.c和net_init.c。Space.c主要是包含了一个
      可用网络设备的表。这个表包含了一个#ifdef项的长列表，它们在系统引导时被检差以
      检测和初始化网络设备。net_init.c包含ether_setup，tr_setup，和类似的通用目的函
      数。
       
       
       
      SCSI驱动程序
       
      如在第一章“Linux核心介绍”中所提到的，Linux中的SCSI驱动程序没有被包含在一般
      的字符和块设备类中。这是因为SCSI接口总线有它自己的标准。因此，将SCSI设备和其
      它驱动程序分开，开发者可以分离和共享公用代码。
       
      drivers/scsi中多数文件是为特定SCSI控制器的低级驱动程序。通用目的的SCSI实现在
      文件scsi_*.c中定义，还有sd.c是磁盘支持，sr.c是CD-ROM支持，st.c是SCSI磁带支持
      ，sg.c是通用SCSI支持。最后一个源文件对使用SCSI协议的设备定义
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