鸟瞰linux的文件读写全过程

http://blog.sina.com.cn/s/blog_61869e800100ek8w.html

读写文件，是作为一个操作系统所提供的最基本接口之一。

我们就从写文件过程：open，write，close这几个接口来说起，描述写文件的那些事儿。

平时，我们做应用程序的时候，常常用到读写文件的函数接口，就拿写文件来说，我们用C/C++编写时，用到了以下的函数接口：
1>

FILE* fopen(const char* restrict filename,const char* restrict mode);
2> size_t fwrite(const void* restrict buffer,size_t size,size_t n,FILE * restrict fp);
3> int fclose(FILE * fp) ;

以上这几个函数接口大家都比较熟悉，如果按照这个来分析似乎更加明了。然而，上面的这些接口已经是现代版本的接口，其实现依赖于现在的成熟系统，分析现行 系统的庞大代码我还嫩了点，所以就拿过去版本的linux系统和一些原始接口进行分析吧。（其实大家都知道，现行操作系统内核的代码量已经不是一个人一辈 子能看完的了，我们主要是借鉴linux的系统思想，去作我们自己的嵌入式操作系统）

老版本的接口是这个样子的：
1> int open(const char* filename,int flag,...) ;
2> int write(int fildes,const char* buf,off_t count) ;
3> int close(int fildes) ;

这几个接口的声明在头文件中，实现在系统的LIB库文件中，所以使用的时候，我们只需要包含几个相应的头文件，然后使用接口，在编译的时候，编译器把 LIB库文件中的二进制实现链接进去，这样就行了。

当然，仅仅是使用不是本文的目的，我们是要探究的是这个使用的背后是什么，操作系统为我们做了什么。

首先，库文件中的open是怎么实现的呢？
int open(const char * filename,int flag,...){
register int res ;
va_list arg ;
va_start(arg,flag) ;
__asm__("int $0x80"
:"=a"(res)
:""(__NR_open),"b"(filename),"c"(flag),"d"(va_arg(arg,int))




);
if(res>=0)
return res ;
errno = -res ;
return -1 ;
}

库文件中的open函数封装了汇编代码“调用系统 ”，这个系 统调用的返回值 通过eax寄存器 传递给了res ， 系统调用的输入参数 分别存放在ebx，ecx，edx寄存器 中。

系统调用是一个中断，是由汇编语言int 中断号 促发，所以好多教材上称其为软中断或软件中断。

系统中断中断发生，cpu停止当前任务的处理，把用户态的五个关键信息保存在内核态栈中，分别是：eflag，ss，esp，eip和cs寄存器，他们记 录着进程用户态的关键信息（恢复用户态运行时用到），把他们压栈到内核栈中。当然，内核栈地址在进程结构信息中早有记录，上边的五个寄存器的用户态信息保存与赋予内核态信息 这个过程是由CPU自动完成的，只要我们 在前边的任务数据结构中设置好了就行。

任务运行在内核态中，这里有一切系统的代码（包括各种中断处理程序和文件系统以及各种设备的驱动程序）。

呃。。。写博客好费时间啊，不过也是个再次详细学习的过程，值了，毕竟能说出来才说明掌握的透彻，不像现在，边写边翻资料。。。吃饭去了，回来再写。。。

呵呵，再次拿起来这个帖子，都过去一周了。接着写，总比玩游戏强。

依据中断向量表的设置，程序运行到软中断处理程序的入口处（此时，用户态的关键信息eflag，ss，esp，eip和cs都已经保存到内核栈中了），在 这里（是用汇编写的）手工压栈保存用户态的其他信息，注意，这里的保存，在中断退出时，还要手工退栈恢复原：
push %ds
push %es
push %fs
pushl %eax
pushl %edx
pushl %ecx
pushl %ebx


movl $0x10 ,%edx #0x10即0001,0 0 00 (绿色 两位是请求特权级，红色 一 位是GDT(0)/LDT(1)，蓝色 四位是第几项)，这么 说，edx寄存器中放的是GDT表的第0x001,0 ＋1项 （即第3项，0x0000是第一项），是系统数据段的选择符 。

#把 系统数据段的 选择符 放入ds和es寄存器中，则用到的数据都将是系统数据段（ds指示）中的数据。
mov %dx,%ds
mov %dx,%es

movl $0x17, %edx #0x17即0001,0 1 11 (绿色 两位是请求特权级，红色 一 位是GDT(0)/LDT(1)，蓝色 四位是第几项)，这么 说，edx寄存器中存放的是LDT表的第 0x001,0 ＋1 项（即第3项，0x0000是第一项），是用户态数据段的选择符 。

#把 用户态数据段 的选择符 放入fs 寄 存器中，则可以通过fs寄存器来实现从内核态 读/写用户态 的数据（在内核中，有好多这样的操作，诸 如：get_fs_long()，set_fs_long(),get_fs_word(),set_fs_word()等等）。
mov %dx,%fs

......
call _sys_call_table(,%eax,4)
pushl %eax ＃把eax中的返回值压入栈
......

＃中断返回时候，手工恢复各寄存器成用户态时的内容

popl %eax ＃保存着系统调用的返回值，放入eax，在用户态的库函数open中的返回值就是通过这里的eax传递的。

popl %ebx
popl %ecx
popl %edx

＃此时，理论上应该 popl %eax 了，但是。。。
addl $4,%esp #放弃 系统中断调用时的 压栈保存的eax（上边红色eax 保 存着软 中断的向量号码）

pop %fs
pop %es
pop %ds
iret #中断返回

上边的call _sys_call_table(,%eax,4)就是调用具体的系统调用 中断处理函数，_sys_call_table是定义在其他文件中定义的函数指针 数组 ：
fn_ptr sys_call_table[sys_setup,sys_exit,sys_fork,sys_read,sys_write,sys_open ,......];

fn_ptr ：typedef int (*fn_ptr)() ;

sys_open：extern int sys_open() ;

可以看到，sys_open在数组的第六项，这就对应了上边在用户态定义的 #define __NR_open 5
而 extern int sys_open对应的 实现函数在另外的文件fs/open.c 所实现：
int sys_open(const char* filename,int flag,int mode){

struct m_inode * inode ;
struct file * f ;
int i,fd ;

for(fd=0;fd<NR_OPEN;fd++){


if( !current->filp[fd] ) break ;
}


f = 0 + file_table ;


for(i=0;i<NR_FILE;i++,f++){

if(!f->f_count) break ;
}


current->filp[fd] = f ;

open_namei( filename,flag,mode,&inode ) ;

f->f_mode = inode->i_mode ;
f->f_flags = flag ;
f->f_count = 1 ;


f->f_inode = inode ;
f->f_pos = 0 ;


return (fd) ;


}

int open_namei(const char* pathname,int flag,int mod,struct m_inode ** res_inode){

struct m_inode * dir,* inode ;

struct buffer_head * bh ;

struct dir_entry * de ;

dir = dir_namei( pathname,&namelen,&basename,NULL) ;

bh = find_empty( &dir,basename,namelen,&de) ;

if(!bh){

inode = new_inode(dir->i_dev) ;

inode->i_uid = current->euid ;
inode->i_mode = mode ;
inode->i_dirt = 1 ;

bh = add_entry(dir,basename,namelen,&de) ;

de->inode = inode->i_num ;
de->b_dirt = 1 ;

brelse(bh) ;
iput(dir) ;
* res_inode = inode ;

return 0 ;
}

inr = de->inode ;
dev = dir->i_dev ;

brelse(bh) ;

inode = follow_link(dir,iget(dev,inr)) ;

*res_inode = inode ;

return 0 ;
}

呵呵，文件系统是操作系统最复杂的部分，所以代码量也最大，先写到这里，再有空了接着写，总不能不工作，天天写这个东西呀。这是学习，学习就是为了更好的 工作，不工作了哪行。下次接着写，呵呵