LiteOS-A内核中的procfs文件系统分析

struct Vnode {
    enum VnodeType type;                /* Vnode节点类型 */
    int useCount;                       /* 节点链接数 */
    uint32_t hash;                      /* 哈希值 */
    uint uid;                           /* 文件拥有者的user id */
    uint gid;                           /* 文件群组id */
    mode_t mode;                        /* 文件读写执行权限 */
    LIST_HEAD parentPathCaches;         /* 指向父节点的路径缓存 */
    LIST_HEAD childPathCaches;          /* 指向儿子节点的路径缓存 */
    struct Vnode *parent;               /* vnode父节点 */
    struct VnodeOps *vop;               /* vnode操作接口 */
    struct file_operations_vfs *fop;    /* 文件操作接口，即指定文件系统 */
    void *data;                         /* 数据，指向内部数据的指针 */
    uint32_t flag;                      /* 节点标签 */
    LIST_ENTRY hashEntry;               /* 挂入v_vnodeHashEntry[i]中 */
    LIST_ENTRY actFreeEntry;            /* 通过本节点挂载到空闲和使用链表中 */
    struct Mount *originMount;          /* 所在文件系统挂载信息 */
    struct Mount *newMount;             /* 其他挂载在这个节点中的文件系统信息 */
    char *filePath;                     /* Vnode的路径信息 */
    struct page_mapping mapping;        /* page mapping of the vnode */
};
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struct VnodeOps {
    int (*Create)(struct Vnode *parent, const char *name, int mode, struct Vnode **vnode);// 创建节点
    int (*Lookup)(struct Vnode *parent, const char *name, int len, struct Vnode **vnode);// 查询节点
    int (*Open)(struct Vnode *vnode, int fd, int mode, int flags);// 打开节点
    ssize_t (*ReadPage)(struct Vnode *vnode, char *buffer, off_t pos);
    ssize_t (*WritePage)(struct Vnode *vnode, char *buffer, off_t pos, size_t buflen);
    int (*Close)(struct Vnode *vnode);// 关闭节点
    int (*Reclaim)(struct Vnode *vnode);// 回收节点
    int (*Unlink)(struct Vnode *parent, struct Vnode *vnode, const char *fileName);// 取消硬链接
    int (*Rmdir)(struct Vnode *parent, struct Vnode *vnode, const char *dirName);// 删除目录节点
    int (*Mkdir)(struct Vnode *parent, const char *dirName, mode_t mode, struct Vnode **vnode);// 创建目录节点
    int (*Readdir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 读目录节点信息
    int (*Opendir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 打开目录节点
    int (*Rewinddir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 定位目录节点
    int (*Closedir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 关闭目录节点
    int (*Getattr)(struct Vnode *vnode, struct stat *st);// 获取节点属性
    int (*Setattr)(struct Vnode *vnode, struct stat *st);// 设置节点属性
    int (*Chattr)(struct Vnode *vnode, struct IATTR *attr);// 改变节点属性
    int (*Rename)(struct Vnode *src, struct Vnode *dstParent, const char *srcName, const char *dstName);
    int (*Truncate)(struct Vnode *vnode, off_t len);// 缩小或扩大
    int (*Truncate64)(struct Vnode *vnode, off64_t len);
    int (*Fscheck)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);
    int (*Link)(struct Vnode *src, struct Vnode *dstParent, struct Vnode **dst, const char *dstName);
    int (*Symlink)(struct Vnode *parentVnode, struct Vnode **newVnode, const char *path, const char *target);
    ssize_t (*Readlink)(struct Vnode *vnode, char *buffer, size_t bufLen);
};
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int VnodesInit(void)
{
    int retval = LOS_MuxInit(&g_vnodeMux, NULL);
    if (retval != LOS_OK) {
        PRINT_ERR("Create mutex for vnode fail, status: %d", retval);
        return retval;
    }

    LOS_ListInit(&g_vnodeFreeList);
    LOS_ListInit(&g_vnodeVirtualList);
    LOS_ListInit(&g_vnodeActiveList);
    retval = VnodeAlloc(NULL, &g_rootVnode);
    if (retval != LOS_OK) {
        PRINT_ERR("VnodeInit failed error %d\n", retval);
        return retval;
    }
    g_rootVnode->mode = S_IRWXU | S_IRWXG | S_IRWXO | S_IFDIR;
    g_rootVnode->type = VNODE_TYPE_DIR;
    g_rootVnode->filePath = "/";

    return LOS_OK;
}
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struct Mount {
    LIST_ENTRY mountList;              /* 全局Mount链表 */
    const struct MountOps *ops;        /* Mount的功能函数 */
    struct Vnode *vnodeBeCovered;      /* 要被挂载的节点 */
    struct Vnode *vnodeCovered;        /* 要挂载的节点 */
    struct Vnode *vnodeDev;            /* 设备vnode */
    LIST_HEAD vnodeList;               /* Vnode表的表头 */
    int vnodeSize;                     /* Vnode表的节点数量 */
    LIST_HEAD activeVnodeList;         /* 激活的节点链表 */
    int activeVnodeSize;               /* 激活的节点数量 */
    void *data;                        /* 数据，指向内部数据的指针 */
    uint32_t hashseed;                 /* Random seed for vfshash */
    unsigned long mountFlags;          /* 挂载标签 */
    char pathName[PATH_MAX];           /* 挂载点路径 */
    char devName[PATH_MAX];            /* 设备名称 /dev/sdb-1 */
};
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struct MountOps {
    int (*Mount)(struct Mount *mount, struct Vnode *vnode, const void *data);
    int (*Unmount)(struct Mount *mount, struct Vnode **blkdriver);
    int (*Statfs)(struct Mount *mount, struct statfs *sbp);//统计文件系统的信息，类型、大小等
    int (*Sync)(struct Mount *mount);
};
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struct file
{
  unsigned int         f_magicnum;  /* file magic number. -- to be deleted */
  int                  f_oflags;    /* Open mode flags */
  struct Vnode         *f_vnode;    /* Driver interface */
  loff_t               f_pos;       /* File position */
  unsigned long        f_refcount;  /* reference count */
  char                 *f_path;     /* File fullpath */
  void                 *f_priv;     /* Per file driver private data */
  const char           *f_relpath;  /* realpath.  -- to be deleted */
  struct page_mapping  *f_mapping;  /* mapping file to memory */
  void                 *f_dir;      /* DIR struct for iterate the directory if open a directory */
  const struct file_operations_vfs *ops;
  int fd;
};
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struct file_operations_vfs
{
  /* The device driver open method differs from the mountpoint open method */

  int     (*open)(struct file *filep);
  int     (*close)(struct file *filep);
  ssize_t (*read)(struct file *filep, char *buffer, size_t buflen);
  ssize_t (*write)(struct file *filep, const char *buffer, size_t buflen);
  off_t   (*seek)(struct file *filep, off_t offset, int whence);
  int     (*ioctl)(struct file *filep, int cmd, unsigned long arg);
  int     (*mmap)(struct file* filep, struct VmMapRegion *region);
  /* The two structures need not be common after this point */

  int     (*poll)(struct file *filep, poll_table *fds);
  int     (*stat)(struct file *filep, struct stat* st);
  int     (*fallocate)(struct file* filep, int mode, off_t offset, off_t len);
  int     (*fallocate64)(struct file *filep, int mode, off64_t offset, off64_t len);
  int     (*fsync)(struct file *filep);
  ssize_t (*readpage)(struct file *filep, char *buffer, size_t buflen);
  int     (*unlink)(struct Vnode *vnode);
};
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const struct MountOps procfs_operations = {
    .Mount = VfsProcfsMount,
    .Unmount = NULL,
    .Statfs = VfsProcfsStatfs,
};

static struct VnodeOps g_procfsVops = {
    .Lookup = VfsProcfsLookup,
    .Getattr = VfsProcfsStat,
    .Readdir = VfsProcfsReaddir,
    .Opendir = VfsProcfsOpendir,
    .Closedir = VfsProcfsClosedir,
    .Truncate = VfsProcfsTruncate
};

static struct file_operations_vfs g_procfsFops = {
    .read = VfsProcfsRead,
    .write = VfsProcfsWrite,
    .open = VfsProcfsOpen,
    .close = VfsProcfsClose
};

// 注册文件系统名字以及实现的接口方法等
FSMAP_ENTRY(procfs_fsmap, "procfs", procfs_operations, FALSE, FALSE);
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// 系统的入口函数
main(VOID)
|-> OsMain() // ./liteos/kernel/liteos_a/kernel/common/main.c
    | // 进行系统的相关初始化工作
    | -> EarliestInit()
    | -> ...
    |
    | -> KModInit()
         |-> ...
         |
         |-> OsInitCall(LOS_INIT_LEVEL_KMOD_EXTENDED) // 生成procfs文件系统并挂载到/proc目录
          |-> InitLevelCall(level)//根据不同的级别进行相关初始化工作，procfs的级别是8,其级别是文件系统向OS注册的
           | // ./liteos/kernel/liteos_a/fs/proc/os_adapt/proc_init.c
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           |-> ProcFsInit() // 进行procfs文件系统的具体初始化工作
           | |-> mkdir(PROCFS_MOUNT_POINT, PROCFS_DEFAULT_MODE) // 先生成/proc目录，之后需要将procfs文件系统挂载到该目录下
           | |-> mount(NULL, PROCFS_MOUNT_POINT, "procfs", 0, NULL)
           | | // 生成mount文件，包括分配Vnode和挂载Vnode
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           | |-> ProcMountsInit()
           | | | // procfs具体项的初始化都写在一个独立的文件中，例如mounts在./liteos/kernel/liteos_a/fs/proc/os_adapt/mounts_proc.c
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           | | |-> ProcMountsInit(void)
           | | | // 创建mounts节点并挂载到该目录下,NULL位parent为父节点，若parent为NULL，则默认父节点为/proc
           | | |
           | | |-> CreateProcEntry("mounts", 0, NULL)
           | |  | // 先判断节点是文件属性还是目录属性，后选择具体的节点创建函数，在这选择File节点
           | |  |
           | |  |-> ProcCreateFile(parent, name, NULL, mode)
           | |   |-> struct ProcDirEntry *pn = NULL
           | |   |-> ProcAllocNode(&parent, name, S_IFREG | mode) // 具体的分配节点
           | |    |-> struct ProcDirEntry *pn = NULL;
           | |    | // 首先对节点的合法性进行相关检查，例如parent是否NULL，name是否NULL等
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           | |    |-> pn = (struct ProcDirEntry *)malloc(sizeof(struct ProcDirEntry));//分配一个struct ProcDirEntry内存地址
           | |    | // 对生成的节点赋予一些属性，例如节点名字长度，权限，名字等，每个ProcDirEntry都需要指定一个ProcFile成员，里面含有具体信息
           | |    |
           | |    |-> pn->nameLen = strlen(lastName);
           | |    |-> pn->mode = mode;
             | |    |-> ret = memcpy_s(pn->name, sizeof(pn->name), lastName, strlen(lastName) + 1);
             | |    |-> pn->pf = (struct ProcFile *)malloc(sizeof(struct ProcFile));
             | |    |-> pn->pf->pPDE = pn;// ProcFile的parent是生成的pn节点
             | |   | // 生成对应的节点,对节点指定相应的函数接口后，需要挂载的父节点中
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             | |   |-> ProcAddNode(parent, pn)
             | |    | // 先判断parent是否为NULL以及pn是否已经有parent，即判断是否已挂载
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             | |    | // 在这里可知一个目录下的子目录以及文件都是以一个单链表的形式存储的，且采用的是头插法，即最先生成的在最后面
             | |    |-> pn->parent = parent;
             | |    |-> pn->next = parent->subdir;
             | |    |-> parent->subdir = pn;
             | |->...
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             | |->ProcPmInit() // 目录初始化工作
             | | | // power目录下含有子目录，但是目录生成的过程都一样，在这以power文件夹为例
             | | |-> struct ProcDirEntry *power = CreateProcEntry("power", S_IFDIR | S_IRWXU | S_IRWXG | S_IROTH, NULL);
             | | | |-> CreateProcEntry("power", S_IFDIR | S_IRWXU | S_IRWXG | S_IROTH, NULL)
             | | | | |-> // 先判断节点是文件属性还是目录属性，后选择具体的节点创建函数，在这选择目录节点
             | | | | |
             | | | | |-> ProcCreateDir(parent, name, NULL, mode)
             | | | | | | // 这里节点创建和挂载和上述文件节点创建一样，不再赘述
             | | | | | |
             | | | | | |-> ProcAllocNode(&parent, name, S_IFREG | mode) // 具体的分配节点
             | | | | | |-> ProcAddNode(parent, pn)
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             | | |-> ...
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             |...
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-> ... 
-> SysMount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype, unsigned long mountflags,const void *data) 
|--|-> 将路径，文件系统等转化之后调用mount 
|  |-> mount(sourceRet, targetRet, (filesystemtype ? fstypeRet : NULL), mountflags, dataRet) 
|  |   |-> //找到指定的文件系统 
|  |   |-> fsmap = mount_findfs(filesystemtype) 
|  |   |-> mops = fsmap->fs_mops // 为mount节点指定mount的接口函数 
|  |   |-> //找到挂载目录对应的Vnode并且设置文件系统相关信息 
|  |   |-> VnodeLookup(target, &mountpt_vnode, 0) 
|  |   |   |->VnodeLookupAt(path, vnode, flags, NULL) 
|  |   |   |  |-> //对目录变成绝对路径并且从全局Vnode链表中开始找 
|  |   |   |  |-> PreProcess(path, &startVnode, &normalizedPath) 
|  |   |   |  |  |-> vfs_normalize_path(NULL, originPath, &absolutePath) 
|  |   |-> mnt = MountAlloc(mountpt_vnode, (struct MountOps*)mops) 
|  |   |-> mops->Mount(mnt, device, data)//进入具体的procfs文件系统的mount函数 
|  |   |  |-> VfsProcfsMount(struct Mount *mnt, struct Vnode *device, const void *data) 
|  |   |  |   |-> VnodeAlloc(&g_procfsVops, &vp);//生成一个Vnode用于挂载mount节点和procfs文件系统的root节点 
|  |   |  |   |-> root = GetProcRootEntry(); //获取procfs文件系统的根节点 
|  |   |  |   |-> vp->data = root; //  
|  |   |  |   |-> vp->originMount = mnt;// 将vp挂载在挂载目录所对应的mount节点上 
|  |   |  |   |-> mnt->data = NULL; 
|  |   |  |   |-> mnt->vnodeCovered = vp;// mount节点挂载的Vnode是该文件系统，方便后续在mount链表中找挂载点 
|  |   |  |   |-> vp->type = root->type; 
|  |   |...
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temp = ProcFindNode(parent, pn->name);
    if (temp != NULL) {
        PRINT_ERR("Error!ProcDirEntry '%s/%s' already registered\n", parent->name, pn->name);
        spin_unlock(&procfsLock);
        return -EEXIST;
    }
    pn->parent = parent;
    pn->next = parent->subdir;
    parent->subdir = pn;
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// 定义一个具体的执行函数 
int OsShellCmdWriteProc(int argc, char **argv); 
// 新增命令项 
SHELLCMD_ENTRY(writeproc_shellcmd, CMD_TYPE_EX, "writeproc", XARGS, (CmdCallBackFunc)OsShellCmdWriteProc);
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-> ... 
 -> // 使用shell命令唤起writeproc注册函数 
 -> writeproc value >> path 
  |-> // 进行初始化工作，主要用于判断输入路径是否合法，节点是否存在 
  |-> struct ProcDirEntry *handle = NULL; 
  |-> const char *rootProcDir = "/proc/"; 
  |-> handle = OpenProcFile(realPath, O_TRUNC) // 若路径合法则找到对应的Vnode 
  |   |-> pn = ProcFindEntry(fileName) 
  |   |   |-> int leveltotal = 0;// leveltotal用于判定文件所对应的层级，一个/表示一层 
  |   |   | // 遍历Vnode找到对应的Vnode并返回 
  |   |-> pn->flags = (unsigned int)(pn->flags) | (unsigned int)flags// 设置节点相应的权限 
  |   |-> ... 
  |   WriteProcFile(handle, value, len) // 找到文件句柄之后开始写入数据 
  |   | // 使用Vnode的文件接口对ProcFile数据成员进行写入 
  |   |-> result = pde->procFileOps->write(pde->pf, (const char *)buf, len, &(pde->pf->fPos)) 
  |...
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pn = &g_procRootDirEntry; 
while ((pn != NULL) && (levelcount < leveltotal)) { 
 levelcount++; 
 isfoundsub = 0; 
 while (pn != NULL) { 
      next = strchr(path, '/'); 
      if (next == NULL) { 
           while (pn != NULL) { 
               if (strcmp(path, pn->name) == 0) { 
                    spin_unlock(&procfsLock); 
                    return pn; 
               } 
               pn = pn->next; 
           } 
           pn = NULL; 
           spin_unlock(&procfsLock); 
           return pn; 
      } 
 
      len = next - path; 
      if (pn == &g_procRootDirEntry) { 
           if (levelcount == leveltotal) { 
               spin_unlock(&procfsLock); 
               return pn; 
           } 
           len = g_procRootDirEntry.nameLen; 
      } 
      if (ProcMatch(len, path, pn)) { 
           isfoundsub = 1; 
           path += len + 1; 
           break; 
      } 
 
      pn = pn->next; 
 } 
}
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