linux 2.6.11內核文件IO的系統調用實現分析(flseek&close)

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本帖是《linux 2.6.11內核文件IO的系統調用實現分析》的第三個部分，主要說明lseek函數和close的系統調用。前面兩部分說明如下：
a)《linux 2.6.11內核文件IO的系統調用實現分析(open&creat)》，主要說明open和creat兩個文件IO的系統調用實現。
b) 《linux 2.6.11內核文件IO的系統調用實現分析(read&write)》，主要說明read和write兩個文件IO的系統調用實現。

8.        lseek函數
8.1.        原型與參數
off_t sys_lseek(unsigned int fd, off_t offset, unsigned int origin)
每個打開文件都有一個與其相關聯的“當前文件位移量”。它是一個非負整數，用以度量從文件開始處計算的字節(jié)數。(本節(jié)稍后將對“非負”這一修飾詞的某些例外進行說明。)通常，讀、寫操作都從當前文件位移量處開始，并使位移量增加所讀或寫的字節(jié)數。按系統默認，當打開一個文件時，除非指定O_APPEND選擇項，否則該位移量被設置為0�？梢哉{用lseek顯式地定位一個打開文件。
對參數offset 的解釋與參數origin的值有關。
• 若origin是SEEK_SET，則將該文件的位移量設置為距文件開始處offset 個字節(jié)。
• 若origin是SEEK_CUR，則將該文件的位移量設置為其當前值加offset, offset可為正或負。
• 若origin是SEEK_END，則將該文件的位移量設置為文件長度加offset, offset可為正或負。
若lseek成功執(zhí)行，則返回新的文件位移量，為此可以用下列方式確定一個打開文件的當前位移量。這種方法也可用來確定所涉及的文件是否可以設置位移量。如果文件描述符引用的是一個管道或FIFO，則lseek返回－1，并將errno設置為EPIPE。
以下文字引用《UNIX高級編程》，在以前的內核版本，origin參數名為whence：
三個符號常數SEEK_SET，SEEK_CUR和SEEK_END是由系統V引進的。在系統V之前， whence被指定為0 (絕對位移量)，1 ( 相對于當前位置的位移量)或2 (相對文件尾端的位移量)。很多軟件仍直接使用這些數字進行編碼。在lseek中的字符l表示長整型。在引入off_t數據類型之前， offset參數和返回值是長整型的。lseek是由V7引進的，當時C語言中增加了長整型。(在V6中，用函數seek和tell提供類似功能。)
8.2.        實現分析
8.2.1.        主要函數調用關系圖
sys_lseek （參見8.2.2 )
| ------------- vfs_llseek （參見8.2.3）
        |                         | ------------ default_llseek (參見8.2.4)
8.2.2.        主調用函數sys_lseek
asmlinkage off_t sys_lseek(unsigned int fd, off_t offset, unsigned int origin)
{
        off_t retval;
        struct file * file;
        int fput_needed;

        retval = -EBADF;
// 從進程文件鏈表中根據fd獲取file文件表，如果沒有這個文件表，則返回EBADF錯誤
        file = fget_light(fd, &fput_needed); // fput_needed標識是否需要更新file結構的使用計數器
        if (!file)
                goto bad;

        retval = -EINVAL;
        if (origin <= 2) {
                loff_t res = vfs_llseek(file, offset, origin); // 底層文件偏移操作，見8.2.3描述
                retval = res;
                if (res != (loff_t)retval)
                        retval = -EOVERFLOW;        /* LFS: should only happen on 32 bit platforms */
        }
        // 如果origin不是0.1.2，則釋放標識，返回EINVAL
        fput_light(file, fput_needed);
bad:
        return retval; // 返回錯誤代碼
}

8.2.3.        sys_lseek子函數vfs_llseek
loff_t vfs_llseek(struct file *file, loff_t offset, int origin)
{
        loff_t (*fn)(struct file *, loff_t, int); // 文件系統統一的底層lseek函數接口

        fn = no_llseek; // 如果操作權限不夠或者驅動沒有實現該接口，則返回ESPIPE錯誤
        if (file->;f_mode & FMODE_LSEEK) {// 檢測是否有LSEEK的操作權限
                fn = default_llseek; // 默認的LSEEK實現函數，見8.2.4描述
                if (file->;f_op && file->;f_op->;llseek)
                        fn = file->;f_op->;llseek; // 文件模塊實現的LSEEK函數
        }
        return fn(file, offset, origin); // 按照前面的接口函數執(zhí)行LSEEK操作并返回結果。
}

8.2.4.        vfs_llseek子函數default_llseek
loff_t default_llseek(struct file *file, loff_t offset, int origin)
{
        long long retval;

        lock_kernel();
        switch (origin) {
                case 2: // 文件結尾向后偏移offset個字節(jié)
                        offset += i_size_read(file->;f_dentry->;d_inode);
                        break;
                case 1: // 當前位置向后偏移offset個字節(jié)
                        offset += file->;f_pos;
        }
        retval = -EINVAL;
        if (offset >;= 0) {
                if (offset != file->;f_pos) {
                        file->;f_pos = offset; // 刷新文件當前位置記錄
                        file->;f_version = 0; // 更新文件version記錄
                }
                retval = offset;
        }
        unlock_kernel();
        return retval;
}

9.        close函數
9.1.        函數原型與參數
int close (int f i l e d e s)
關閉一個文件時也釋放該進程加在該文件上的所有記錄鎖。當一個進程終止時，它所有的打開文件都由內核自動關閉。很多程序都使用這一功能而不顯式地用c l o s e關閉打開的文件。對于對個任務同時操作該文件時，需要先釋放該句柄，才能關閉。
9.2.        實現分析
9.2.1.        主要函數調用關系圖
sys_close （參見9.2.2 )
| ------------- filp_close （參見9.2.3）
9.2.2.        主調用函數sys_close
asmlinkage long sys_close(unsigned int fd)
{
        struct file * filp;
        struct files_struct *files = current->;files; // 進程的文件指針向量表

        spin_lock(&files->;file_lock);
        if (fd >;= files->;max_fds) // 超過進程最大句柄數，則返回EBADF
                goto out_unlock;
        filp = files->;fd[fd];  // 從向量表中獲取當前文件句柄對應的文件結構
        if (!filp) // 不存在，則返回EBADF
                goto out_unlock;
        files->;fd[fd] = NULL; // 從句柄列表中清除該fd記錄
        FD_CLR(fd, files->;close_on_exec); // 從關閉隊列中清除該記錄
        __put_unused_fd(files, fd); // 刷新進程文件指針向量表
        spin_unlock(&files->;file_lock);
        return filp_close(filp, files); // 調用子函數關閉，參見9.2.3說明

out_unlock:
        spin_unlock(&files->;file_lock);
        return -EBADF;
}

9.2.3.        sys_clsoe子函數filp_close
int filp_close(struct file *filp, fl_owner_t id)
{
        int retval;

        retval = filp->;f_error; //清除出錯標識
        if (retval)
                filp->;f_error = 0;

        if (!file_count(filp)) {// 獲取當前使用文件句柄的任務數目，如果有其他任務占用，則返回
                printk(KERN_ERR "VFS: Close: file count is 0\n";
                return retval;
        }

        if (filp->;f_op && filp->;f_op->;flush) {
                int err = filp->;f_op->;flush(filp); //調用文件模塊函數執(zhí)行flush操作。
                if (!retval)
                        retval = err;
        }

        dnotify_flush(filp, id); // 釋放內核緩存
        locks_remove_posix(filp, id); // 釋放該文件結構實例的posix同步鎖
        fput(filp);
        return retval;
}

9.3.        小結
主調用函數主要實現進程文件指針向量表的刷新。而filp_close則實現了內核和具體的文件驅動模塊對文件結構的關閉操作。

lifengliu

看來lseek函數的實現要簡單一點，大致是從管理層更改文件結構中對應的位置指針標識啊。