OS / linux 内核 read 操作源代码分析

read 操作是任何操作系统里的基本操作，我们来看一下在 linux 内核里，read 文件是怎样实现的。

read 函数在用户空间是由 read 系统调用实现的，由编译器编译成软中断 int 0x80 来进入内核空间，然后在中断门上进入函数 sys_read，从而进入内核空间执行 read 操作。

sys_read 函数定义在 fs / read_write.c 文件，定义如下

asmlinkage ssize_t sys_read(unsigned int fd, char __user *buf, size_t count)
{struct file *file; /*文件指针*/ssize_t ret = -EBADF;int fput_needed;/*轻量级的由文件描述符得到文件指针函数*/file = fget_light(fd, &fput_needed);if (file){/*file 结构体里的指示文件读写位置的 int 变量读取*/loff_t pos = file_pos_read(file);/*vfs 虚拟文件系统实现 read 操作的地方*/ret = vfs_read(file, buf, count, &pos);/*file 结构体里的指示文件读写位置的 int 变量写入*/file_pos_write(file, pos);/*释放 file 结构体指针*/fput_light(file, fput_needed);}return ret;
}

首先看看 file_pos_read 和 file_pos_write 函数吧，定义如下

static inline loff_t file_pos_read(struct file *file)
{return file->f_pos;
}
static inline void file_pos_write(struct file *file, loff_t pos)
{file->f_pos = pos;
}

定义很简单，读取的时候就是读出 file 结构体的 f_pos，写入的时候就是写到对应变量。指示文件的读写位置的变量就是在 file 结构体里。

然后看一下 fget_light 和 fput_light 函数，定义如下

struct file fastcall *fget_light(unsigned int fd, int *fput_needed)
{struct file *file;/*得到当前进程的 task_struct 的打开的 files 指针*/struct files_struct *files = current->files;*fput_needed = 0;/*如果只有一个进程使用这个结构体，就不必考虑锁，否则要先得到锁才可以读取*/if (likely((atomic_read(&files->count) == 1))){/*从 files 结构体的 fd 数组上得到 file 结构体*/file = fcheck_files(files, fd);}else{/*先上锁，在得到对应结构体*/rcu_read_lock();file = fcheck_files(files, fd);if (file){if (atomic_inc_not_zero(&file->f_count))*fput_needed = 1;else/* Didn't get the reference, someone's freed */file = NULL;}rcu_read_unlock();}return file;
}
static inline void fput_light(struct file *file, int fput_needed)
{ /*释放并减少使用计数*/if (unlikely(fput_needed))fput(file);
}

然后返回来看我们最重要的 vfs_read 函数，vfs_read 函数定义在 fs / read_write.c，定义如下

ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{ssize_t ret;/*首先检查文件是否可以读取，否则返回坏的文件描述符标记*/if (!(file->f_mode & FMODE_READ))return -EBADF;/*如果没有对应的文件操作函数集合，也返回错误*/if (!file->f_op || (!file->f_op->read && !file->f_op->aio_read))return -EINVAL;/*检查有没有权限*/if (unlikely(!access_ok(VERIFY_WRITE, buf, count)))return -EFAULT;/*检查当前写入的地方有没有被上锁，是否可读写*/ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count);if (ret >= 0){count = ret;/*安全操作*/ret = security_file_permission(file, MAY_READ);if (!ret){/*如果 file 结构体里有 read 函数，就调用*/if (file->f_op->read)ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);else/*否则就调用异步读取的*/ret = do_sync_read(file, buf, count, pos);if (ret > 0){/*成功读取以后，通知父目录已经读取，并在当前进程结构体上记录*/fsnotify_access(file->f_path.dentry);add_rchar(current, ret);}inc_syscr(current);}}return ret;
}

然后我们在进入 do_sync_read 函数看一看异步读取是怎么实现的，do_sync_read 函数定义在 fs / read_write.c，定义如下

ssize_t do_sync_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t len, loff_t *ppos)
{struct iovec iov = {.iov_base = buf, .iov_len = len};struct kiocb kiocb;ssize_t ret;/*初始化读写控制块*/init_sync_kiocb(&kiocb, filp);kiocb.ki_pos = *ppos;kiocb.ki_left = len;/*调用 file_operation 结构体的异步读取函数*/for (;;){ret = filp->f_op->aio_read(&kiocb, &iov, 1, kiocb.ki_pos);if (ret != -EIOCBRETRY)break;wait_on_retry_sync_kiocb(&kiocb);}/*如果没结束，就等待*/if (-EIOCBQUEUED == ret)ret = wait_on_sync_kiocb(&kiocb);*ppos = kiocb.ki_pos;return ret;
}

至此，linux 内核的 read 操作就算 ok 了，linux 内核的 sys_write 和 read 很相似哦，只要弄明白 read，write 也一定是可以搞明白的。

转载于：https://blog.csdn.net/sanwenyublog/article/details/50811957

（SAW：Game Over！）

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