ファイルシステム

					2011年03月01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@is.tsukuba.ac.jp>

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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8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器は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。

欠席した時のクイズの回答を、レポートして受け取ります。試験の日までに提出して下さい。紙はＡ４にしてください。

■今日の大事な話

オブジェクト指向的な考え方の利用
スーパーブロック、inode、dentry、struct file
dirty の考え方

■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 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）
struct inode, struct inode_operations: ファイル。開いていないものも含む。
struct dentry, struct dentry_operations: directory entry。ファイルの名前。
struct file, struct file_operations: 開いたファイル。シーク・ポインタは別。

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。

◆struct super_block

include/linux/fs.h

1318:	struct super_block {
1319:	        struct list_head        s_list;         /* Keep this first */
...
1321:	        unsigned char           s_dirt;
...
1324:	        loff_t                  s_maxbytes;     /* Max file size */
...
1325:	        struct file_system_type *s_type;
1326:	        const struct super_operations   *s_op;
...
1332:	        struct dentry           *s_root;
...
1342:	        struct list_head        s_inodes;       /* all inodes */
...
1347:	        struct list_head        s_files;
...
1350:	        struct list_head        s_dentry_lru;   /* unused dentry lru */
1351:	        int                     s_nr_dentry_unused;     /* # of dentry on lru */
1352:	

1364:	        void                    *s_fs_info;     /* Filesystem private info */
1388:	};

s_list: 構造体 struct super_block のリストを作るためのフィールド。
s_dirt: dirty。メモリ中のデータ構造を書き換えた(ディスクに書きもどす必要がある) ことを示す。
s_maxbytes: 作成できるファイルの大きさの最大。
s_type: ファイルシステム固有のデータ。クラス変数。
s_op: ファイルシステム固有の手続きのリスト。後述
s_fs_info: ファイルシステムのインスタンス（マウントごとに異なる）に固有のデータ。インスタンス変数。
s_root: どこにマウントしているかをしめすディレクトリ
s_inodes, s_dentry_lru: ファイルシステムに含まれている inode や dentry を管理するためのフィールド。
s_fs_info: ファイルシステムに固有のデータを保持する。

◆struct super_operations

スーパーブロックの操作は、たとえば次のような形で行われる。

    struct super_block *sh;
    ...
    sh->s_op->write_super(sb);

s_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。

1560:	struct super_operations {
1561:	        struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
1562:	        void (*destroy_inode)(struct inode *);
1563:	
1564:	        void (*dirty_inode) (struct inode *);
1565:	        int (*write_inode) (struct inode *, struct writeback_control *wbc);
1566:	        int (*drop_inode) (struct inode *);
1567:	        void (*evict_inode) (struct inode *);
1568:	        void (*put_super) (struct super_block *);
1569:	        void (*write_super) (struct super_block *);
1570:	        int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
1571:	        int (*freeze_fs) (struct super_block *);
1572:	        int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
1573:	        int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
1574:	        int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
1575:	        void (*umount_begin) (struct super_block *);
1576:	
1577:	        int (*show_options)(struct seq_file *, struct vfsmount *);
1578:	        int (*show_stats)(struct seq_file *, struct vfsmount *);
1579:	#ifdef CONFIG_QUOTA
1580:	        ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
1581:	        ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
1582:	#endif
1583:	        int (*bdev_try_to_free_page)(struct super_block*, struct page*, gfp_t);
1584:	};

alloc_inode: そのファイルシステム内に inode (名前がついていないファイル)を作成する。
destroy_inode:
dirty_inode: inode が dirty である(データの変更を行った)ことを伝える。
write_inode: inode をディスクへ書く。wait により書き込み終了を待つかどうか制御する。
drop_inode, evict_inode: inode を削除する。
put_super: マウントを解除(アンマウント)の時に、その構造体が参照されなくなったことを通知する。
write_super, sync_fs: 更新されたスーパーブロックをディスクへ書き出す
freeze_fs, unfreeze_fs: ファイルシステムの変更を一時的に禁止する／禁止を解除する。LVM (Logical Volume Manager) で使う。
statfs: 統計情報(空き容量、inode数等)を返す。
remount_fs: マウントしなおす（オプションを変更する。例 ro (read-only)からrw (read-write) へ。）

◆struct inode

include/linux/fs.h

 725:	struct inode {
 726:	        struct hlist_node       i_hash;
 727:	        struct list_head        i_list;         /* backing dev IO list */
...
 729:	        struct list_head        i_dentry;
 730:	        unsigned long           i_ino;
 731:	        atomic_t                i_count;
 732:	        unsigned int            i_nlink;
 733:	        uid_t                   i_uid;
 734:	        gid_t                   i_gid;
 735:	        dev_t                   i_rdev;
 736:	        unsigned int            i_blkbits;
 737:	        u64                     i_version;
 738:	        loff_t                  i_size;
...
 742:	        struct timespec         i_atime;
 743:	        struct timespec         i_mtime;
 744:	        struct timespec         i_ctime;
 745:	        blkcnt_t                i_blocks;
 746:	        unsigned short          i_bytes;
 747:	        umode_t                 i_mode;
...
 751:	        const struct inode_operations   *i_op;
 752:	        const struct file_operations    *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */
 753:	        struct super_block      *i_sb;
...
 774:	        unsigned long           i_state;
...
 788:	};

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。　
s_list: inode のリスト。未使用(i_count==0)、使用 (i_count>0,dirty)、使用(i_count>0,非dirty) に別れてリストで管理。
i_dentry: そのinodeを含んでいる dentry 構造体のリスト。
i_ino: inode番号。ファイルシステムでユニーク。
i_count: 参照カウンタ。0 が未使用の意味。
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。

◆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。

1516:	struct inode_operations {
1517:	        int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
1518:	        struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
1519:	        int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
1520:	        int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
1521:	        int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
1522:	        int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
1523:	        int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
1524:	        int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);
1525:	        int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
1526:	                        struct inode *, struct dentry *);
1527:	        int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
1528:	        void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
1529:	        void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
1530:	        void (*truncate) (struct inode *);
1531:	        int (*permission) (struct inode *, int);
1532:	        int (*check_acl)(struct inode *, int);
1533:	        int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
1534:	        int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
1535:	        int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
1536:	        ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
1537:	        ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
1538:	        int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
1539:	        void (*truncate_range)(struct inode *, loff_t, loff_t);
1540:	        long (*fallocate)(struct inode *inode, int mode, loff_t offset,
1541:	                          loff_t len);
1542:	        int (*fiemap)(struct inode *, struct fiemap_extent_info *, u64 start,
1543:	                      u64 len);
1544:	};

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(): open() システム・コールで、既存のファイルを開く時に使う。
follow_link(), put_link(): シンボリック・リンクをたどるで用いる。
permission(), check_acl(): アクセス権のチェックで用いる。
attr, xattr は属性。

◆struct 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。

include/linux/dcache.h
  89:	struct dentry {
  90:	        atomic_t d_count;
  91:	        unsigned int d_flags;           /* protected by d_lock */
  92:	        spinlock_t d_lock;              /* per dentry lock */
  93:	        int d_mounted;
  94:	        struct inode *d_inode;          /* Where the name belongs to - NULL is
  95:	                                         * negative */
...
 100:	        struct hlist_node d_hash;       /* lookup hash list */
 101:	        struct dentry *d_parent;        /* parent directory */
 102:	        struct qstr d_name;
 103:	
 104:	        struct list_head d_lru;         /* LRU list */
...
 109:	                struct list_head d_child;       /* child of parent list */
...
 112:	        struct list_head d_subdirs;     /* our children */
 113:	        struct list_head d_alias;       /* inode alias list */
 114:	        unsigned long d_time;           /* used by d_revalidate */
 115:	        const struct dentry_operations *d_op;
 116:	        struct super_block *d_sb;       /* The root of the dentry tree */
 117:	        void *d_fsdata;                 /* fs-specific data */
 118:	
 119:	        unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN];    /* small names */
 120:	};

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。 dirty かどうかを表すフラグはない。
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。
d_alias: 同じ inode を複数の dentry で指している時にそれらをつなぐために使う。
d_op: dentry を操作するための手続き。
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_hash: ハッシュ表に接続する時につかう
d_name, d_iname: 文字列の名前を保持する。
d_sb: superblock へのポインタ
d_fsdata: ファイルシステム固有のデータ。

◆dentryの状態

使用中: count が 0 以上。有効なinodeを保持。
空き: count が 0。有効なinodeを保持。キャッシュとしてメモリ中に存在する。同じファイルを再び open() した時に高速。メモリが不足してきたら消されることがある>
ネガティブ・キャッシュ: count が負。有効な inode を保持していない。ファイルが削除されたか、存在しないファイルを open() しようとした時にそのような dentry が作られる。存在しないファイルを繰り返し open() した時にディスクに行かなくてもエラー ENOENT が返せる(ネガティブ・キャッシュ)。

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 dentry_operations

include/linux/dcache.h

 134:	struct dentry_operations {
 135:	        int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
 136:	        int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
 137:	        int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
 138:	        int (*d_delete)(struct dentry *);
 139:	        void (*d_release)(struct dentry *);
 140:	        void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
 141:	        char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
 142:	};

d_revalidate(): dentry が有効化どうか確認する。普通は、この手続きは定義されない(NULLになる)。メモリ中に存在する dentry は全て有効なので。
d_hash(): ハッシュ値を計算する。ファイルの名前を比較する時にまずハッシュ値を比較し、異なれば名前本体のバイト単位の比較を行わない。
d_compare: 2つの名前を比較する。普通は、単純な文字列の比較だが、ファイルシステムによっては大文字小文字を区別しない比較等、特殊な比較を行うこともある。
d_delete(): d_count が 0 になった。
d_release(): dentry オブジェクトが free される。
i_put(): dentry オブジェクトが free され、inode への参照がなくなる。

◆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。

include/linux/fs.h

 909:	struct file {
...
 915:	                struct list_head        fu_list;
...
 918:	        struct path             f_path;
 919:	#define f_dentry        f_path.dentry
 920:	#define f_vfsmnt        f_path.mnt
 921:	        const struct file_operations    *f_op;
...
 926:	        atomic_long_t           f_count;
 927:	        unsigned int            f_flags;
 928:	        fmode_t                 f_mode;
 929:	        loff_t                  f_pos;
 930:	        struct fown_struct      f_owner;
 931:	        const struct cred       *f_cred;
 932:	        struct file_ra_state    f_ra;
...
 939:	        void                    *private_data;
...
 945:	        struct address_space    *f_mapping;
...
 949:	};

fu_list: リストに接続する時に使う。
f_dentry: 対応する dentry オブジェクト
f_vmsmount: ファイルシステムのマウントの状態を表す構造体
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。
f_flags: open() システム・コールのフラグ
f_pos: ファイルを読み書きする位置。シークポインタ。
f_cred: ファイルを開いたプロセスの credential (uid, gid)
f_ra: ファイルの先読み (read ahead) のためのデータ構造
f_mapping: ファイルの内容をプロセスのアドレス空間にマップする時に使う(ページキャッシュ)。

◆struct file_operations

デバイスドライバの回でも登場している。再掲。

1488:	struct file_operations {
1489:	        struct module *owner;
1490:	        loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1491:	        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1492:	        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1493:	        ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
1494:	        ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
1495:	        int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
1496:	        unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1497:	        long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1498:	        long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1499:	        int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1500:	        int (*open) (struct inode *, struct file *);
1501:	        int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1502:	        int (*release) (struct inode *, struct file *);
1503:	        int (*fsync) (struct file *, int datasync);
1504:	        int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
1505:	        int (*fasync) (int, struct file *, int);
1506:	        int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1507:	        ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
1508:	        unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1509:	        int (*check_flags)(int);
1510:	        int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1511:	        ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1512:	        ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1513:	        int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
1514:	};

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。
open(): デバイス・ファイルが open() された時に実行したい関数を登録する。open() 時の処理が不要なら、NULL にする。NULL なら open() は成功する。
release(): close() システム・コールが呼ばれた時に実行される関数。
read(), readv(), aio_read(): デバイスからデータを読み出す。
write(), writev(), aio_writev(): デバイスに対してデータを書き込む。
unlocked_ioctl(): システム・コール ioctl() が呼ばれた時の処理を書く。
flush(): ファイルを閉じる時に呼び出される。
llseek(): ファイル中の読み出し／書き込み位置を変更する。

◆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。

include/linux/fdtable.h
  44:	struct files_struct {
...
  58:	        struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
  59:	};

include/linux/sched.h
1163:	struct task_struct {
...
1319:	        struct files_struct *files;
...
1497:	};

◆block_device

ブロックデバイスのドライバは、次のことを行う。

struct block_device_operations に定義された手続きを実装する。中身はあまりない。
struct request_queue と呼ばれるキューに到着する構造体 struct request に従い入出力を行うハンドラを提供する。

■stat()

stat() システム・コールの実装例。

◆stat() システム・コール

fs/stat.c
 151:	SYSCALL_DEFINE2(stat, const char __user *, filename,
 152:	                struct __old_kernel_stat __user *, statbuf)
 153:	{
 154:	        struct kstat stat;
 155:	        int error;
 156:	
 157:	        error = vfs_stat(filename, &stat);
 158:	        if (error)
 159:	                return error;
 160:	
 161:	        return cp_old_stat(&stat, statbuf);
 162:	}

vfs_stat() を呼ぶ
struct kstat (カーネル空間)から statbuf (ユーザ空間)へコピーする

◆vfs_stat() と vfs_fstatat()

  95:	int vfs_stat(const char __user *name, struct kstat *stat)
  96:	{
  97:	        return vfs_fstatat(AT_FDCWD, name, stat, 0);
  98:	}

  71:	int vfs_fstatat(int dfd, const char __user *filename, struct kstat *stat,
  72:	                int flag)
  73:	{
  74:	        struct path path;
  75:	        int error = -EINVAL;
  76:	        int lookup_flags = 0;
...
  83:	
  84:	        error = user_path_at(dfd, filename, lookup_flags, &path);
  85:	        if (error)
  86:	                goto out;
  87:	
  88:	        error = vfs_getattr(path.mnt, path.dentry, stat);
  89:	        path_put(&path);
  90:	out:
  91:	        return error;
  92:	}

vfs_stat() は、 vfs_fstatat() を呼ぶ。
user_path_at() でファイル名を struct path path にする。 path.dentry に dentry が含まれる。
vfs_getattr() を呼ぶ。

◆ vfs_getattr()

  40:	int vfs_getattr(struct vfsmount *mnt, struct dentry *dentry, struct kstat *stat)
  41:	{
  42:	        struct inode *inode = dentry->d_inode;
...
  49:	        if (inode->i_op->getattr)
  50:	                return inode->i_op->getattr(mnt, dentry, stat);
  51:	
  52:	        generic_fillattr(inode, stat);
  53:	        return 0;
  54:	}

dentry から inode を取り出す。
ファイルシステム固有の inode->i_op->getattr() という関数が用意されていれば、それを呼ぶ。
用意されていなければ、汎用の generic_fillattr() を呼ぶ。これは、 struct inode に含まれる属性のうち struct kstat に含まれるものをコピーする。

■クイズ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、次の項目を埋めながら説明しなさい。

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（変数名）:
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（手続き名）:
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) dirty

Linux のファイル・システムにおいて、dirty とは何か。簡単に説明しなさい。

Last updated: 2011/02/28 22:24:20

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