ファイルシステム

					2013年02月19日
情報科学類 オペレーティングシステム II

                                       筑波大学 システム情報工学研究科 
                                       コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系
                                       新城 靖
                                       <yas@cs.tsukuba.ac.jp>

このページは、次の URL にあります。
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/os2-2012/2013-02-19
あるいは、次のページから手繰っていくこともできます。
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/
http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/

■連絡事項

試験について

試験は、3月5日(火)。講義と同じ時間・教室で行う。
授業で配布した資料(Webページを印刷したもの)、その他の紙の資料を持ち込んでもよい。
コンピュータ、携帯電話等の通信機能がある機器を利用してはいけない。
試験に解答する時には、問題文をよく読み、それに従って答えること。資料の文書をコピー＆ペーストしたとしても、一般的にはよい回答にはなっていない。

宿題は3月5日まで受け取る。休んだ時には、その日の分を翌週に提出しなさい。紙はＡ４を使うこと。

■今日の大事な話

オブジェクト指向的な考え方の利用
struct file、dentry、inode、スーパーブロック
task_struct、ファイル記述子、struct fileの関係

■ファイルシステム

◆求められる機能

システム・コール

open(), close()
read(), write(), lseek()
unlink(), link(), mount()
fcntl(), flock(), lockf()
getdents(): ディレクトリの読み出し(lsコマンド), opendir() 関連のライブラリで利用
stat(), fstat(), lstat(), chmod(), chown(), utimes(): ファイルの属性の取得・変更
symlink(), readlink():

様々な物理媒体と接続方法の利用

ハードディスク(ATA, Serial ATA, SCSI, Fibre channel, USB Mass Storage)
フロッピ・ディスク
Flash メモリ (USB メモリ), SD メモリカード
CD, DVD, BD, ...
NFS (Network File System), iSCSI, AFP (Apple File System), Microsoft SMB (Server Message Block)/CIFS(Common Internet File System),
RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks/Redundant Array of Independent Disks)

様々なディスク上の表現(ファイルシステム)

Linux ext2/ext3/ext4, Btrfs (B-tree file system), ReiserFS, Silicon Graphics XFS
UFS (Unix Filesystem, BSD Fast File System)
Sun ZFS
Microsoft FAT, NTFS
Apple HFS
ISO 9660, UDF

注意: 「ファイルシステム」という言葉が、様々な意味で使われる

ディスク上の表現(例: ext3, ZFS)。マウントの単位。
オペレーティング・システム中で、ファイルを実現するためのサブシステム。

◆層構造

問題: 様々な物理媒体やディスク上の表現の違いを吸収して、共通のシステム・コールでファイルを扱いたい。

解決策:

中間的なインタフェース VFS (Virtual Filesystem) を定める
バスや物理媒体ごとにブロック・デバイスのドライバのインタフェースを定める。
システム・コール(open(),close(),read(),write(),...) は、VFS インタフェースを操作する。
各ファイルシステムは、VFS インタフェースを実装する(違いを吸収)。
ブロック・デバイスのドライバが、ハードウェアの違いを吸収する。

図? ファイル・システム実現に置ける層構造

ディスク・キャッシュの層もある。

◆継承

問題: ファイルシステム間で共通部分のコードを再利用したい。

解決策

VFS では、多くのファイルシステムで共通に使える操作、汎用の操作も用意する (インタフェースというよりは、抽象クラス)。
各ファイルシステムを実装する時、汎用で十分な場合には、それを利用する(継承)。

◆VFSレベルのファイルの概念

ファイルシステムは、ファイルの集合。ファイル、ディレクトリ、アクセス制御等の情報を含む。「マウント」により、ディレクトリ上に現れて利用可能になる。ファイルシステムのメタデータは、(ファイルではなく)スーパーブロック (superb lock)に置かれる。
１つのファイルは、バイトの並び。open() で、ファイルの「名前」を指定して開く。開いたファイルの操作は、read(), write(), 等。
ディレクトリは、ファイルの「名前」を保持する特殊なファイル。 read(), write() ではアクセスできない。getdents() 等の特殊なシステム・コールで読むことはできる。ディレクトリの中にディレクトリを含めるので、全体で木構造を形成する。
inode。ファイルのうち、「名前」、「データ本体」以外のメタデータ(属性、データを保持しているブロックへのポインタ) を保持するもの。

◆inode番号

ls -i で inode 番号が表示される。

$ ls -l /bin/{gunzip,gzip,zcat} 
-rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/gunzip
-rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/gzip
-rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/zcat
$ ls -li /bin/{gunzip,gzip,zcat} 
5636134 -rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/gunzip
5636134 -rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/gzip
5636134 -rwxr-xr-x 3 root root 62872 Jan 21  2010 /bin/zcat
$

この例では、1つのinodeに3つの名前がついている。
inode は、inode 番号で区別される。
inode 番号は、１つのファイルシステム（マウントの単位）内では、ユニークになっている。

◆/etc/fstab

/etc/fstab は、「起動時に」にマウントすべきファイルシステムのリストを保持している。

$ cat /etc/fstab  
LABEL=/                 /                       ext3    defaults        1 1
tmpfs                   /dev/shm                tmpfs   defaults        0 0
devpts                  /dev/pts                devpts  gid=5,mode=620  0 0
sysfs                   /sys                    sysfs   defaults        0 0
proc                    /proc                   proc    defaults        0 0
LABEL=SWAP-sda3         swap                    swap    defaults        0 0
130.158.86.2:/vol/vol1/home     /home   nfs     rw,hard,bg,nfsvers=3,intr      0 0
130.158.86.2:/vol/vol5/local3   /usr/local3     nfs     rw,hard,bg,nfsvers=3,intr       0 0
$ df -h 
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2             222G   13G  198G   6% /
tmpfs                 2.0G     0  2.0G   0% /dev/shm
130.158.86.2:/vol/vol1/home
                      4.0T  1.5T  2.5T  38% /home
130.158.86.2:/vol/vol5/local3
                       80G  4.9G   76G   7% /usr/local3
$

ルート・ディレクトリを含むファイルシステムは、バックアップ等の都合上、/etc/fstab に現れるが、起動時には最初からマウントされている。
ルート・ディレクトリを含むファイルシステムの型(type)は、 ext3。
/home, /usr/local3 以下は、ファイル・サーバにあるものを NFS でマウントしている。
tmpfs は、仮想メモリ上にデータを保存するファイルシステム。
swap は、仮想記憶用の二次記憶として使う部分。
その他(devpts,sysfs,proc)は、ファイルと同じ名前空間でアクセスできるが、データを保持するような実体を持たないもの。
CD や USB メモリは、ここには現れないが automount という仕組みで「起動後に」メディアが挿入されたタイミングでマウントされる。

■VFSのオブジェクト

VFSの実装では、次のようオブジェクトオブジェクト(データ+手続きをカプセル化したもの)を通じて実装される。

struct file, struct file_operations: 開いたファイル。シーク・ポインタは別。
struct dentry, struct dentry_operations: directory entry。ファイルの名前。
struct inode, struct inode_operations: ファイル。開いていないものも含む。
struct super_block, struct super_operations: スーパーブロック（マウントされたファイルシステム）

ファイルシステム固有の処理は、_operations の手続きを入れ替えることで実現される。固有のデータは、構造体を入れ子にしたり、固有データへのポインタを使ったりして実現している。

図? スーパーブロック、inode、dentry、file

◆struct file

struct file は、プロセスがファイルを open() した割り当てられる。ディスク上には対応するデータ構造は存在しない。

linux-3.6.8/include/linux/fs.h

1022:	struct file {
...
1031:	        struct path             f_path;
1032:	#define f_dentry        f_path.dentry
...
1044:	        atomic_long_t           f_count;
...
1046:	        fmode_t                 f_mode;
1047:	        loff_t                  f_pos;
...
1057:	        void                    *private_data;
...
1068:	};

f_dentry: 対応する dentry オブジェクトへのポインタ。
f_mode: open() システム・コールのモードを少し変形したもの。 FMODE_READ, FMODE_WRITE 等。
f_pos: ファイルを読み書きする位置。シークポインタ。
f_count: 参照カウンタ。ファイルを開くと 1 で、fork() すると増え、 close() すると減る。
private_data: ファイルシステムに固有のデータを保存する。（継承の一実装方法。構造体を拡張する方法もある。）

図? C言語によるオブジェクト指向の継承の実装方法。共通インスタンス変数・関数、固有インスタンス変数関数の置き方

◆struct file_operations

デバイスドライバの回でも登場している。

struct fileの操作は、たとえば次のような形で行われる。第1引数は、struct file *。

    struct file *file;
    file->f_op->read(file, buf, count, pos);

f_op には、次のような手続きがある。各ファイルシステム (ext4,nfs,tmpfs,...) ごとに、手続きの実体は異なるが、インタフェースは同じ。

linux-3.6.8/include/linux/fs.h

1777:	struct file_operations {
1778:	        struct module *owner;
1779:	        loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1780:	        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1781:	        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1782:	        ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
1783:	        ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
1784:	        int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
1785:	        unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1786:	        long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1787:	        long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1788:	        int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1789:	        int (*open) (struct inode *, struct file *);
1790:	        int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1791:	        int (*release) (struct inode *, struct file *);
1792:	        int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1793:	        int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
1794:	        int (*fasync) (int, struct file *, int);
1795:	        int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1796:	        ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
1797:	        unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1798:	        int (*check_flags)(int);
1799:	        int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1800:	        ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1801:	        ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1802:	        int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
1803:	        long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1804:	                          loff_t len);
1805:	};

主な手続きの意味

多くは同名のシステム・コールを実装するために使われる。

◆struct dentry

struct dentry は、ディレクトリに含まれている名前の要素(「/」を含まない名前)を表す構造体。 struct dentry は、メモリ中にのみ存在する。ディスク中に対応するデータはない。ディレクトリで名前を検索したりファイルを作成する時にメモリ中に作られる。

linux-3.6.8/include/linux/dcache.h

 103:	struct dentry {
...
 108:	        struct dentry *d_parent;        /* parent directory */
 109:	        struct qstr d_name;
 110:	        struct inode *d_inode;          /* Where the name belongs to - NULL is
...
 115:	        unsigned int d_count;           /* protected by d_lock */
...
 117:	        const struct dentry_operations *d_op;
 118:	        struct super_block *d_sb;       /* The root of the dentry tree */
...
 120:	        void *d_fsdata;                 /* fs-specific data */
...
 130:	        struct list_head d_subdirs;     /* our children */
...
 132:	};

  30:	 #define HASH_LEN_DECLARE u32 hash; u32 len;
  42:	struct qstr {
...
  45:	                        HASH_LEN_DECLARE;
...
  49:	        const unsigned char *name;
  50:	};
...
  99:	#  define DNAME_INLINE_LEN 40 /* 128 bytes */

d_inode: この dentry に対応している inode 。NULL なら対応しているものがない(ネガティブキャッシュ)。
d_name, d_iname[]: 文字列の名前を保持する。短いものは、dentry 構造体中の d_iname[] に入れる。長いものは、別の場所にメモリを確保して保存する。
d_count: 参照カウンタ。
d_op: dentry を操作するための手続き。
d_sb: superblock へのポインタ
d_parent: その dentry を含んでいるディレクトリの dentry 。たとえば、 /home/yas というパス名で、yas の d_parent は、home の dentry を指す。 home の dentry は、/ の dentry を指す。
d_child: 共通の d_parent に含まれている d_entry をつなぐ。
d_subdirs: 自分自身の子供のディレクトリ
d_fsdata: ファイルシステム固有のデータ。

dentry は、スラブアロケータ (kmem_cache_create(),kmem_cache_alloc(),kmem_cache_free())で管理されている。

◆struct inode

struct inode は、全てのファイル・システムで共通の要素を保持する、メモリ中の構造体。各ファイル・システムは、これに含まれるようなデータをそれぞれ独自の方法でディスクに保存する。

linux-3.6.8/include/linux/fs.h

 782:	struct inode {
 783:	        umode_t                 i_mode;
 784:	        unsigned short          i_opflags;
 785:	        kuid_t                  i_uid;
 786:	        kgid_t                  i_gid;
...
 794:	        const struct inode_operations   *i_op;
 795:	        struct super_block      *i_sb;
...
 803:	        unsigned long           i_ino;
...
 812:	                const unsigned int i_nlink;
...
 815:	        dev_t                   i_rdev;
 816:	        loff_t                  i_size;
 817:	        struct timespec         i_atime;
 818:	        struct timespec         i_mtime;
 819:	        struct timespec         i_ctime;
 820:	        spinlock_t              i_lock; /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */
 821:	        unsigned short          i_bytes;
 822:	        unsigned int            i_blkbits;
 823:	        blkcnt_t                i_blocks;
...
 830:	        unsigned long           i_state;
...
 835:	        struct hlist_node       i_hash;
...
 840:	                struct hlist_head       i_dentry;
...
 844:	        atomic_t                i_count;
...
 870:	        void                    *i_private; /* fs or device private pointer */
 871:	};

i_ino: inode番号。ファイルシステムでユニーク。
i_uid, i_gid, i_nlink, i_uid, i_gid, i_rdev, i_blkbits, i_size, i_atime, i_mtime, i_ctime, i_blocks, i_bytes, i_mode: 属性。stat() システム・コールで返される。ls -l で表示される。
i_op: そのinodeに固有の手続きのリスト。後述
i_sb: 属しているファイルシステムの superblock へのポインタ。
i_state: inodeの状態(dirty かどうか、ディスクへの書き込みを行っているかどうか、等)を表す。
i_hash: ファイルを開くことの高速のためのハッシュ表を作るためのフィールド。　
i_dentry: そのinodeを含んでいる dentry 構造体のリスト。
i_count: 参照カウンタ。0 が未使用の意味。

◆struct inode_operations

inodeの操作は、たとえば次のような形で行われる。

    struct inode *inode;
    ...
    inode->i_op->truncate(inode);

i_op には、次のような手続きがある。各ファイルシステム (ext3,nfs,tmpfs,...) ごとに、手続きの実体は異なるが、インタフェースは同じ。

linux-3.6.8/include/linux/fs.h

1807:	struct inode_operations {
1808:	        struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
1809:	        void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
1810:	        int (*permission) (struct inode *, int);
1811:	        struct posix_acl * (*get_acl)(struct inode *, int);
1812:	
1813:	        int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
1814:	        void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
1815:	
1816:	        int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
1817:	        int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
1818:	        int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
1819:	        int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
1820:	        int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
1821:	        int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
1822:	        int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
1823:	        int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
1824:	                        struct inode *, struct dentry *);
1825:	        void (*truncate) (struct inode *);
1826:	        int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
1827:	        int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
1828:	        int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
1829:	        ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
1830:	        ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
1831:	        int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
1832:	        int (*fiemap)(struct inode *, struct fiemap_extent_info *, u64 start,
1833:	                      u64 len);
1834:	        int (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
1835:	        int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *,
1836:	                           struct file *, unsigned open_flag,
1837:	                           umode_t create_mode, int *opened);
1838:	} ____cacheline_aligned;

多くのものは、同名のシステム・コールと関連している。
create(): open() システム・コールや creat() システム・コールで、ファイルを作成する時に呼ばれる。引数は、ディレクトリの inode、そのディレクトリの中の名前を示す dentry、名前解決で使うデータ。
lookup(): ファイル名を引数にするシステム・コールの実装で、既存のファイルを探すのに使う。存在しない時には、空の inode (ネガティブキャッシュ)が作られる。存在しないファイルを繰り返し open() した時にすぐにエラーになる。
follow_link(), put_link(): シンボリック・リンクをたどる操で作用いる。
permission(), check_acl(): アクセス権のチェックで用いる。
attr, xattr は属性。

◆struct super_block

スーパーブロックは、ファイルシステムの起点となるデータ構造。そのファイル・システムに含まれている inode を管理する。

◆task_struct と struct file

struct task_struct から指される。ファイル記述子fdは、struct task_struct *p; の時、p->files->fd_array[fd] の struct file を表す。

linux-3.6.8/include/linux/sched.h

1234:	struct task_struct {
...
1400:	        struct files_struct *files;
...
1592:	};

linux-3.6.8/include/linux/fdtable.h
  66:	struct files_struct {
...
  80:	        struct file __rcu * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
  81:	};

図? task_struct、ファイル記述子、file構造体、その他

■read() システムコールと Ext4 ファイルシステム

read() システム・コールの実装。

◆read() システム・コール

linux-3.6.8/fs/read_write.c

 462:	SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count)
 463:	{
 464:	        struct file *file;
 465:	        ssize_t ret = -EBADF;
 466:	        int fput_needed;
 467:	
 468:	        file = fget_light(fd, &fput_needed);
 469:	        if (file) {
 470:	                loff_t pos = file_pos_read(file);
 471:	                ret = vfs_read(file, buf, count, &pos);
 472:	                file_pos_write(file, pos);
 473:	                fput_light(file, fput_needed);
 474:	        }
 475:	
 476:	        return ret;
 477:	}

fget_light() で、fd (int型) から struct file * へ変換する。内部的には、current->files->fd_array[fd] とだいたい同じ。
file_pos_read() で、現在の読み書きする位置を得る。
vfs_read() という VFS 層の手続きを呼び出して、実際にデータを読み込む。
file_pos_write() で、 struct file の中にある pos を更新する。
fput_light() で、参照カウントを減らす。

◆vfs_read()

linux-3.6.8/fs/read_write.c

 366:	ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
 367:	{
 368:	        ssize_t ret;
 369:	
 370:	        if (!(file->f_mode & FMODE_READ))
 371:	                return -EBADF;
 372:	        if (!file->f_op || (!file->f_op->read && !file->f_op->aio_read))
 373:	                return -EINVAL;
 374:	        if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count)))
 375:	                return -EFAULT;
 376:	
 377:	        ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count);
 378:	        if (ret >= 0) {
 379:	                count = ret;
 380:	                if (file->f_op->read)
 381:	                        ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);
 382:	                else
 383:	                        ret = do_sync_read(file, buf, count, pos);
 384:	                if (ret > 0) {
 385:	                        fsnotify_access(file);
 386:	                        add_rchar(current, ret);
 387:	                }
 388:	                inc_syscr(current);
 389:	        }
 390:	
 391:	        return ret;
 392:	}

ファイルが読み出しで open() されていなけければ()、エラー。
file構造体の操作で file->f_op->read といった手続きが存在しなければ、エラー。
結果を保存するメモリ(buf, count)が書き込みできないとエラー。
rw_verify_area() で、ファイルのその場所(posからpos+countまで)が存在するかを確認する。
存在すれば、file->f_op->read() を呼び出す。

◆Ext4 の file_operations

linux-3.6.8/fs/ext4/file.c

 307:	const struct file_operations ext4_file_operations = {
 308:	        .llseek         = ext4_llseek,
 309:	        .read           = do_sync_read,
 310:	        .write          = do_sync_write,
 311:	        .aio_read       = generic_file_aio_read,
 312:	        .aio_write      = ext4_file_write,
 313:	        .unlocked_ioctl = ext4_ioctl,
 314:	#ifdef CONFIG_COMPAT
 315:	        .compat_ioctl   = ext4_compat_ioctl,
 316:	#endif
 317:	        .mmap           = ext4_file_mmap,
 318:	        .open           = ext4_file_open,
 319:	        .release        = ext4_release_file,
 320:	        .fsync          = ext4_sync_file,
 321:	        .splice_read    = generic_file_splice_read,
 322:	        .splice_write   = generic_file_splice_write,
 323:	        .fallocate      = ext4_fallocate,
 324:	};

 326:	const struct inode_operations ext4_file_inode_operations = {
...
 337:	};

linux-3.1.3/fs/ext4/super.c
1256:	static const struct super_operations ext4_sops = {
...
1275:	};

file_operations 構造体の25個の関数のうち、14 個を定義している。
主な操作は、read, write, ioctl, mmap, open, release, fsync。
generic_ から始まるものやdo_sync_read, do_sync_write は、継承。 ext4 固有の操作はなく、一般的な操作で十分。
inode の操作、ext4_file_inode_operations もある。
スーパーブロックの操作、ext4_sops もある。
dentry の操作で特別な操作を行うためのstruct dentry_operations は、 ext4 にはない。

◆Ext4 の inode

Ext4 では、メモリ中のデータを構造体 struct ext4_inode_info で表す。

linux-3.6.8/fs/ext4/ext4.h

 818:	struct ext4_inode_info {
...
 878:	        struct inode vfs_inode;
...
 930:	};

1304:	static inline struct ext4_inode_info *EXT4_I(struct inode *inode)
1305:	{
1306:	        return container_of(inode, struct ext4_inode_info, vfs_inode);
1307:	}

linux-3.6.8/include/linux/kernel.h

 684:	/**
 685:	 * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure
 686:	 * @ptr:        the pointer to the member.
 687:	 * @type:       the type of the container struct this is embedded in.
 688:	 * @member:     the name of the member within the struct.
 689:	 *
 690:	 */
 691:	#define container_of(ptr, type, member) ({                      \
 692:	        const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr);    \
 693:	        (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );}

)

Ext4 独自の構造体 struct ext4_inode_info の内部には、Linux 標準の struct inode がある。
標準の struct inode から Ext4 独自の struct ext4_inode_info を取り出すには、 EXT4_I() を用いる。
EXT4_I() は、container_of() マクロを使っている。
container_of() は、当該メンバのオフセットを引き算して、外側の構造体の番地を求めている。

図? Ext4 ファイルシステムで使う構造体 ext4_inode_info での struct inode の保持

■課題10 ファイルシステム

★問題(1001) オブジェクト指向

Linux におけるファイルシステムの実装では、C言語であるが、オブジェクト指向的な考え方が取り入れられている。どの部分で取り入れられているか、一例を示しなさい。次の項目を埋めなさい。

カーネル内の構造体の名前:
内部の変数(インスタンス変数)の例:
その変数の役割:
内部の変数を操作するための公開された手続き（インスタンス・メソッド）の例:
その手続きの役割:

★問題(1002) struct fileの役割

Linux カーネルの中で、ファイルを表現するためのオブジェクトとしてstruct inode と struct file　がある。struct inode だけでも、ファイルの操作(読み、書き、属性変更)では十分と思えるが、struct file も使われている。 struct file の役割を1つ選んで簡単に説明しなさい。

★問題(1003) write()システムコール

次の関数は、write() システム・コールを実装している vfs_write() の一部である。空欄を埋めなさい。

ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
....
        ret = rw_verify_area(WRITE, file, pos, count);
                if (file->f_op->/*空欄(a)*/)
                        ret = file->f_op->/*空欄(b)*/(/*空欄(c)*/, buf, count, pos);
...
        }
        return ret;
}

Last updated: 2013/03/05 14:38:50

Yasushi Shinjo / <yas@cs.tsukuba.ac.jp>