Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Каждый процесс в системе имеет свои открытые файлы, корневую файловую систем); текущий рабочий каталог, точки монтирования и т.д. Следующие три структуры данных связывают вместе подсистему VFS и процессы, которые выполняются в системе. Это структуры files_struct, fs_structи namespace.

Структура files_structопределена в файле . Адрес этой структуры хранится в поле files дескриптора процесса. В данной структуре хранится вся информация процесса об открытых файлах и файловых дескрипторах. Эта структура, с комментариями, имеет следующий вид.

struct files_struct {

atomic_t count; /* счетчик ссылок на данную структуру */

spinlock_t file_lock; /* блокировка для защиты данной структуры */

int max_fds; /* максимальное количество файловых объектов */

int max_fdset; /* максимальное количество

файловых дескрипторов */

int next_fd; /* номер следующего файлового дескриптора */

struct file **fd; /* массив всех файловых объектов */

fd_set *close on exec; /* файловые дескрипторы, которые должны

закрываться при вызове exec() */

fd_set *open_fds; /* указатель на дескрипторы открытых файлов */

fd_set close_on_exec init; /* первоначальные файлы для закрытия

при вызове exec() */

fd_set open_fds_init; /* первоначальный набор

файловых дескрипторов */

struct file *fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; /* массив файловых объектов */

};

Массив fdуказывает на список открытых файловых объектов. По умолчанию это массив fd_array. Так как по умолчанию значение константы NR_OPEN_DEFAULTравно 32, то это соответствует 32 файловым объектам. Если процесс открывает больше 32 файловых объектов, то ядро выделяет новый массив и присваивает полю fdуказатель на него. При таком подходе доступ к небольшому количеству файловых объектов осуществляется быстро, потому что они хранятся в статическом массиве. В случае, когда процесс открывает аномально большое количество файлов, ядро может создать новый массив. Если большинство процессов в системе открывает больше 32 файлов, то для получения оптимальной производительности администратор может увеличить значение константы NR_OPEN_DEFAULTс помощью директивы препроцессора. Следующая структура данных, связанная с процессом, — это структура fs_struct, которая содержит информацию, связанную с процессом, и на которую указывает поле fsдескриптора процесса. Эта структура определена в файле и имеет следующий вид с поясняющими комментариями.

struct fs_struct {

atomic_t count; /* счетчик ссылок на структуру */

rwlock_t lock; /* блокировка для защиты структуры */

int umask; /* права доступа к файлу, используемые

по умолчанию */

struct dentry *root; /* объект dentry корневого каталога */

struct dentry *pwd; /* объект dentry

текущего рабочего каталога */

struct dentry *allroot; /* объект dentry альтернативного корня */

struct vfsmount *rootmnt; /* объект монтирования корневого каталога */

struct vfsmount *pwdmnt; /* объект монтирования

текущего рабочего каталога */

struct vfsmount *altrootmnt; /* объект монтирования

альтернативного корня */

};

Эта структура содержит текущий рабочий каталог и корневой каталог данного процесса.

Третья, и последняя, структура — это структура namespace, которая определена в файле и на экземпляр которой указывает поле namespaceдескриптора процесса. Пространства имен, индивидуальные для каждого процесса, были введены в ядрах Linux серии 2.4. Это позволило создать для каждого процесса уникальное представление о смонтированных файловых системах. Иными словами, процесс может иметь не только уникальный корневой каталог, но и полностью уникальную иерархию смонтированных файловых систем, если это необходимо. Как обычно, ниже приведена соответствующая структура данных с комментариями.

struct namespace {

atomic_t count; /* счетчик ссылок на структуру */

struct vfsmount *root; /* объект монтирования корневого каталога */

struct list_head list; /* список точек монтирования */

struct rw_semaphore sem; /* семафор для защиты пространства имен */

};

Поле listпредставляет собой двухсвязный список смонтированных файловых систем, которые составляют пространство имен.

Каждый дескриптор процесса имеет связанные с ним рассмотренные структуры данных. Для большинства процессов их дескриптор процесса указывает на уникальную структуру files_structи структуру fs_struct. Однако для процессов, созданных с флагами CLONE_FILESи CLONE_FS, эти структуры являются совместно используемыми [74] Для создания потоков обычно указываются флаги CLONE_FILES и CLONE_FS , поэтому они совместно используют структуры files_struct и fs_struct . С другой стороны, для обычных процессов эти флаги не указываются, поэтому для каждого процесса существует своя информация о файловой системе и своя таблица открытых файлов. . Отсюда следует, что несколько дескрипторов процессов могут указывать на одну и ту же структуру files_struct, или структуру fs_struct. Поле countкаждой структуры содержит счетчик использования, что предотвращает уничтожение структуры данных, когда ее использует хотя бы один процесс.