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走马观花: Linux 系统调用 open 七日游(七)

【场景三】open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR)

    在这个场景中我们希望创建一个新文件(O_CREAT),并赋予该文件用户可读(S_IRUSR)和用户可写(S_IWUSR)的权限,然后以只写(O_WRONLY)的方式打开这个文件。O_EXCL 在这里保证该文件必须被创建,如果该文件已经存在则失败返回。

    这些标志位的作用已经解释得很清楚了,现在来看看 build_open_flags:

【fs/open.c】sys_open > do_sys_open > build_open_flags

点击(此处)折叠或打开

static inline int build_open_flags(int flags, umode_t mode, struct open_flags *op)

{

  ...

    if (flags & (O_CREAT | __O_TMPFILE))

        op->mode = (mode & S_IALLUGO) | S_IFREG;

        acc_mode = MAY_OPEN | ACC_MODE(flags);

    if (flags & O_CREAT) {

        op->intent |= LOOKUP_CREATE;

        if (flags & O_EXCL)

            op->intent |= LOOKUP_EXCL;

    }

}

    由于是创建一个新文件,所以 mode 就不能丢弃了(845),在这里 mode 就是“S_IRUSR | S_IWUSR”。然后在我们的情境中,875 行 acc_mode 将被设置成“MAY_OPEN | MAY_WRITE”。最后 intent 也被设置成了相应的查询模式(894、896)。接着还是 do_last:

【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > do_last

static int do_last(struct nameidata *nd, struct path *path,

         struct file *file, const struct open_flags *op,

         int *opened, struct filename *name)

    if (!(open_flag & O_CREAT)) {

    } else {

        error = complete_walk(nd);

        if (error)

            return error;

        audit_inode(name, dir, LOOKUP_PARENT);

        error = -EISDIR;

        /* trailing slashes? */

        if (nd->last.name[nd->last.len])

            goto out;

retry_lookup:

    if (op->open_flag & (O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY | O_RDWR)) {

        error = mnt_want_write(nd->path.mnt);

        if (!error)

            got_write = true;

        /*

         * do _not_ fail yet - we might not need that or fail with

         * a different error; let lookup_open() decide; we'll be

         * dropping this one anyway.

         */

    mutex_lock(&dir->d_inode->i_mutex);

    error = lookup_open(nd, path, file, op, got_write, opened);

    mutex_unlock(&dir->d_inode->i_mutex);

    首先会调用 complete_walk 告别 rcu-walk 模式,然后会判断这个最终目标是不是以“/”结尾,如果是的话就表示最终目标是一个目录那就返回并报错“Is a directory”(2926)。随后,如果本次操作是有可能“写入”的(2931),那就需要取得当前文件系统的写权限,但是注释上写的很明白,就算现在获取写权限失败也不要急着返回,因为首先现在只是“有可能”会“写入”,其次我们可能会因为别的原因失败,所以现在先不理会这次的 fail,让 lookup_open 来决定这一切吧。

    接着就是 lookup_open,我们进去看看:

【fs/namei.c】sys_open > do_sys_open > do_filp_open > path_openat > do_last > lookup_open

static int lookup_open(struct nameidata *nd, struct path *path,

            struct file *file,

            const struct open_flags *op,

            bool got_write, int *opened)

    *opened &= ~FILE_CREATED;

    dentry = lookup_dcache(&nd->last, dir, nd->flags, &need_lookup);

        dentry = lookup_real(dir_inode, dentry, nd->flags);

    if (!dentry->d_inode && (op->open_flag & O_CREAT)) {

        if (!got_write) {

            error = -EROFS;

            goto out_dput;

        }

        *opened |= FILE_CREATED;

        error = vfs_create(dir->d_inode, dentry, mode,

                 nd->flags & LOOKUP_EXCL);

    这里我们需要关注一个局部变量:opened,首先会清除改变量的 FILE_CREATED 位(2813),如果该文件的确不存在的话会被重新赋上 FILE_CREATED,表示这个文件是这次创建的(2851)。最后,vfs_create 会调用具体文件系统的 inode_operations.create 函数真正创建这个文件。

    好了,回到 do_last:

    if (*opened & FILE_CREATED) {

        /* Don't check for write permission, don't truncate */

        open_flag &= ~O_TRUNC;

        will_truncate = false;

        acc_mode = MAY_OPEN;

        path_to_nameidata(path, nd);

        goto finish_open_created;

    error = -EEXIST;

    if ((open_flag & (O_EXCL | O_CREAT)) == (O_EXCL | O_CREAT))

        goto exit_dput;

finish_open_created:

    error = may_open(&nd->path, acc_mode, open_flag);

    if (error)

        goto out;

    file->f_path.mnt = nd->path.mnt;

    error = finish_open(file, nd->path.dentry, NULL, opened);

    这里有两个地方用到了局部变量 opened,首先如果这个文件就是本次新建的,那么就要清除 O_TRUNC 位(2959)。O_TRUNC 用来将打开的文件长度“截断”为零,其实就是将文件清空,因为我们是新建的文件所以这个标志位显然是没用的了。既然已经成功的创建了新文件,那么写权限也没必要检查了(2961),然后直接跳转到标号 finish_open_created 处完成打开。如果这个文件本来就存在呢?这时会检查 O_EXCL 和 O_CREAT 两个标志位,因为 O_EXCL 标志位要求必须创建成功,所以这里就会返回“File exists”错误(2983)。

    最后 may_open 检查相应的权限,然后 finish_open 完成打开操作,这两个函数我们已经看过了,这里就不深入了。

    现在,我们终于到了说再见的时候了,希望这七天的旅行能让你有所收获。

    本来只是在看完代码后想给自己留下点什么,要不然以后忘了就白看了,但是等写的时候才发现要想写得明白光马马虎虎看完远远不够,于是就越写越多。大家可以发现在这几篇博客中有好多自问自答,这都是我在看代码时的疑问,有些回答可能并不是那么准确,还请海涵。最后推荐两本参考书籍:

    《Linux 内核源代码情景分析》,可以说这本书写得相当精彩,虽然它内核版本是 2.4.0 相对来说有点老了,但是并不影响我们探索内核脚步,万变不离其宗,有很多东西并没有本质上的变化。

    《深度探索 Linux 操作系统》,这本书将从另一个角度带我们领略 Linux 的美丽和神秘,在一步一步建立并编译自己的内核的同时,也深刻的揭示了编译、链接、加载的原理,同样是一本精彩的 Linux 读物。

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