fuse接口用法说明

fuse介绍

fuse即Filesystem in Userspace，用户空间文件系统，可以在应用程序中实现文件系统，能够在用户态使用标准的文件操作，如cat、ls、grep、重定向等功能，虽然效率比内核态要低，但胜在方便。很多场景下用起来还是非常方便的。

fuse本身是内核提供的一个功能，内核开启fuse支持后，会在/dev目录下，生成fuse设备节点，应用层可以通过该设备节点完成用户态文件系统。

libfuse是一个对fuse功能封装的库，提供一系列的api，使用户可以更方便、更简单的使用fuse功能，后面的内容都是基于libfuse来说明的。

目前个人有嵌入式设备上使用fuse的场景，打造一个应用层的proc系统，使用libuse实现起来还是非常方便的，下面主要介绍fuse的基本用法。

libfuse用的还是比较广，它的主页上介绍了一些基于libfuse打造的文件系统，但这个库文档不是很多，文档都是doxygen生成的，也就是说看官方文档，和看头文件差不多，代码里面的注释还是很全面的，实际使用的过程中，看注释也能用，但有些地方还是不容易弄明白。

libfuse的编译

fuse需要内核支持，编译内核时，需把fuse功能选上，fuse可以编译成模块：

File systems —>
< > FUSE (Filesystem in Userspace ) support

fuse驱动加载完成后，可以在/dev/看到创建了一个名为fuse的设备文件，fuse即通过此设备来中转用户态与内核间的信息。

libfuse-fuse-3.2.6.tar.gz需使用meson-0.47.1.tar.gz进行编译，meson又依赖python等，由于个人需求与libfuse版本关系不大，所有用了libfuse-fuse-2.9.8.tar.gz版本

编译过程：

sw@sw:libfuse-fuse-2.9.8$ ./makeconf.sh
sw@sw:libfuse-fuse-2.9.8$ ./configure --host=arm-linux
sw@sw:libfuse-fuse-2.9.8$ make -j4

编译完成后，在lib/.lib/目录下生成了libfuse.a，头文件在include目录下，示例程序在example目录下。
如要查看编译选项，可以使用make V=1编译，这样就可以看到编译选项。
如果需要增加或修改编译选项（如嵌入式可以把O2改成Os，减少库大小），可以在configure.ac中增加，如：

CFLAGS="-Wall -W -Wno-sign-compare -Wstrict-prototypes -Wmissing-declarations -Wwrite-strings -g -O2 -fno-strict-aliasing -ffunction-sections -fdata-sections "

这里增加了 -ffunction-sections -fdata-sections，为了减少应用程序大小（效果不明显），大家可以根据要求改编译选项。

示例程序说明

libfuse提供了几个示例程序，都在example目录下：

hello.c ：最简单的libfuse用法，基本api用法
hello_ll.c ：ll是low level的缩写，展示了低层次接口的基本用法
null.c ：实现了一个类似linux下的/dev/null的设备
fioc.c/fioclient.c ：fioc是fuse ioctl的缩写，这个例子展示的就像很多驱动一样，能够使用ioctl接口进行交互
fsel.c/fselclient.c ： fsel是fuse select缩写，比较高级的用法。
cusexmp.c/fusexmp.c/fusexmp_fh.c ：这几个例子都是文件映射相关的，有一定的实用意义，实现的接口较全面。

验证测试程序，这里只是看一下基本用法，进到example目录下，先确认一下设备存在

sw@sw:example$ ls /dev/fuse
/dev/fuse
sw@sw:example$ mkdir hfs
sw@sw:example$ ./hello hfs
sw@sw:example$ ls -l hfs/
total 0
-r–r--r-- 1 root root 13 1月 1 1970 hello
sw@sw:example$ cat hfs/hello
Hello World!

使用ps可以看到./hello hfs是在后台运行的，此时hfs不能操作（如进到这个目录创建文件），如想删除hfs文件夹，需先umount

sw@sw:example$ sudo umount hfs

如果umount之前，进程被杀，对该文件操作会报错：Transport endpoint is not connected，此时umount一下就可以了。
这个hello程序也可以前台运行，libfuse支持很多选项，先看一下：

sw@sw:example$ ./hello -h
usage: /home/sw/mypro/libfuse-fuse-2.9.8/example/.libs/lt-hello mountpoint [options]

general options:
-o opt,[opt…] mount options
-h --help print help
-V --version print version

FUSE options:
-d -o debug enable debug output (implies -f)
-f foreground operation
-s disable multi-threaded operation

-o allow_other allow access to other users
-o allow_root allow access to root
-o auto_unmount auto unmount on process termination
…

libfuse支持很多选项，如

-o 这个选项就像mount的-o选项一样，可以定义一些挂载选项，
-d 这是个调试选项，这个选项建议在开发阶段都加上，对调试帮助很大
-f 这个就是让程序运行到前台的选项，如不使用fuse_main这种最简单的api，选项用处就不大

加上参数-d与-f再次运行hello程序，如下：

sw@sw:example$ ./hello hfs -d -f
FUSE library version: 2.9.8
nullpath_ok: 0
nopath: 0
utime_omit_ok: 0
unique: 1, opcode: INIT (26), nodeid: 0, insize: 56, pid: 0
INIT: 7.23
flags=0x0003f7fb
max_readahead=0x00020000
INIT: 7.19
flags=0x00000011
max_readahead=0x00020000
max_write=0x00020000
max_background=0
congestion_threshold=0
unique: 1, success, outsize: 40

unique: 2, opcode: GETATTR (3), nodeid: 1, insize: 56, pid: 11375
getattr /
unique: 2, success, outsize: 120
unique: 3, opcode: GETATTR (3), nodeid: 1, insize: 56, pid: 11379
getattr /
unique: 3, success, outsize: 120
unique: 4, opcode: OPENDIR (27), nodeid: 1, insize: 48, pid: 11379
unique: 4, success, outsize: 32
unique: 5, opcode: READDIR (28), nodeid: 1, insize: 80, pid: 11379
readdir[0] from 0
…

可以看到，有一些调试信息，在其他终端cat一下hello文件，会看到各种opcode（operate code操作码），可以根据此调试信息来决定代码中某接口是否需实现。
此时再ctrl+c退出程序，再用ps查看，可以看到程序已退出了，这就是前台运行。

大家如果有调试测试程序的需求（适用gdb跟踪，熟悉api用法，或看源码），要注意了，测试程序都是用libtool编译的，生成的都是脚本，不能直接调试，大家可以make V=1查看编译选项，如下：

/bin/sh …/libtool --tag=CC --mode=link gcc -Wall -W -Wno-sign-compare -Wstrict-prototypes -Wmissing-declarations -Wwrite-strings -g -O2 -fno-strict-aliasing -o hello hello.o …/lib/libfuse.la

改成

gcc -Wall -W -Wno-sign-compare -Wstrict-prototypes -Wmissing-declarations -Wwrite-strings -g -O2 -fno-strict-aliasing -o hello hello.o …/lib/.libs/libfuse.a -lpthread -ldl

这样就可以编译出hello可执行程序了，需链接pthread和dl库。

libfuse的api使用

libfuse提供了3套不同层次的接口，大家可以根据自己情况选用。

简单（lazy）接口

前面hello例子中用的fuse_main就是最简单的接口，只需要实现一个struct fuse_operations类型的操作函数，就可以完成一个用户态文件系统。用法简单，此接口退出控制比较麻烦，默认捕获了SIGHUP、SIGINT、SIGTERM、SIGPIPE等几个信号，收到这几个信号就退出，不灵活。一般用来功能验证。

基本接口

在fuse.h还提供了一套基本接口，此接口能满足一般程序需求，退出控制较完善，只是初始化去初始化不同，操作函数编程与简单接口一致，适用于简单的应用。函数调用方式与说明如下：

/* fuse_parse_cmdline函数不是必须的，mountpoint可以直接写死目录，可以不从参数里获取 */
int fuse_parse_cmdline(struct fuse_args *args, char **mountpoint, int *multithreaded, int *foreground);/* 创建挂载点，args可以为NULL，返回的是一个fuse所谓的channel  */
struct fuse_chan *fuse_mount(const char *mountpoint, struct fuse_args *args);/* 创建fuse操作函数，这里可以传入用户数据 */
struct fuse *fuse_new(struct fuse_chan *ch, struct fuse_args *args,const struct fuse_operations *op, size_t op_size,void *user_data);/* 循环，这个是阻塞的，可以通过fuse_exit退出 */
int fuse_loop(struct fuse *f);/* 释放以上函数资源 */
void fuse_exit(struct fuse *f);
void fuse_unmount(const char *mountpoint, struct fuse_chan *ch);
void fuse_destroy(struct fuse *f);
void fuse_opt_free_args(struct fuse_args *args);

示例程序里并没有基本接口的用法，这里在hello的基础上改了一个测试程序，大家可以参考：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>#define FUSE_USE_VERSION 26
#include "fuse.h"int user_data = 2018;
static const char *hello_str = "Hello World!";
static const char *hello_path = "/hello";void thread_fuse(void * arg)
{struct fuse * fuse = arg;fuse_loop(fuse);
}static int api_getattr(const char *path, struct stat *stbuf)
{int res = 0;memset(stbuf, 0, sizeof(struct stat));if (strcmp(path, "/") == 0) {stbuf->st_mode = S_IFDIR | 0755;stbuf->st_nlink = 2;} else if (strcmp(path, hello_path) == 0) {stbuf->st_mode = S_IFREG | 0444;stbuf->st_nlink = 1;/* 注意，如不清楚具体长度，这个长度需写长一点，否则无法输出 */stbuf->st_size = 1024;} elseres = -ENOENT;return res;
}static int api_readdir(const char *path, void *buf, fuse_fill_dir_t filler,off_t offset, struct fuse_file_info *fi)
{if (strcmp(path, "/") != 0)return -ENOENT;filler(buf, ".", NULL, 0);filler(buf, "..", NULL, 0);filler(buf, hello_path + 1, NULL, 0);return 0;
}static int api_open(const char *path, struct fuse_file_info *fi)
{if ((fi->flags & 3) != O_RDONLY)return -EACCES;/* 参考fuse_file_info结构体的注释，可以在open时填充fh的值，这个就是open的handle，后续read、write中都可以用 */fi->fh = 1234;return 0;
}static int api_read(const char *path, char *buf, size_t size, off_t offset,struct fuse_file_info *fi)
{if(strcmp(path, hello_path) != 0)return -ENOENT;/* 通过fuse_get_context可以取出fuse_new传入的用户参数，该函数在fuse_operations所有的函数中都可以调用 */struct fuse_context * fc = fuse_get_context();int * data = fc->private_data;int len = 0;/* 长度返回0时，本次read就结束了 */if( *data % 2 == 0){len = sprintf(buf,"%s user_data:%d open handle:%lld \n",hello_str,*data,fi->fh);}(*data)++;return len;
}static struct fuse_operations api_oper = {.getattr    = api_getattr,.readdir = api_readdir,.open        = api_open,.read       = api_read,
};#define MOUNT_POINT "hfs"int main()
{char * mountpoint = NULL;char * argv[] = {"usfs", "-d", MOUNT_POINT, NULL};struct fuse_args args = FUSE_ARGS_INIT(3, argv);fuse_parse_cmdline(&args, &mountpoint, NULL, NULL);struct fuse_chan * ch = fuse_mount(mountpoint, &args);struct fuse * fuse = fuse_new(ch, &args, &api_oper, sizeof(struct fuse_operations), &user_data);pthread_t tid_fuse;pthread_create(&tid_fuse, NULL, (void *)thread_fuse, fuse);while (getchar() != 'q'){usleep(1000);}fuse_exit(fuse);    /* 退出fuse_loop */fuse_unmount(mountpoint, ch); /* 对应fuse_mount */fuse_destroy(fuse); /* 对应fuse_new */fuse_opt_free_args(&args); /* fuse_parse_cmdline里面会申请内存，需释放 */free(mountpoint);return 0;
}

程序没有错误处理，仅供参考，编译方式如下：

gcc test.c -o test -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -I./include -L./lib -lfuse -lpthread -ldl

需用到fuse的头文件和库，头文件在include目录下，库在lib/.libs目录下。
上面例子用到了几个特性：

用户参数通过fuse_new传进去，在所有的fuse_operations中，都可以通过fuse_get_context来得到这个user_data的指针
open操作的时候可以把句柄写入到fh中，后续其他操作可以获取到该fh的值
read操作，最后一次需return 0，且getattr长度需正确，否则得不到正确的输出
以上测试程序输出如下：

sw@sw:hfs$ cat hello
Hello World! user_data:2024 open handle:1234
sw@sw:hfs$ cat hello
Hello World! user_data:2026 open handle:1234

可以看到user_data两次输出的不一样，在read中输出了open时给的fh值。
此测试程序可以按q退出，完成清理工作。

高级接口

libfuse提供了low level接口，示例程序有几个例子是用该接口实现的。此类接口更灵活，使用稍微复杂一些。libfuse的注释就是文档，非常详细，编程的时候根据注释提示来就可以了。

 /*** Read data** Read should send exactly the number of bytes requested except* on EOF or error, otherwise the rest of the data will be* substituted with zeroes.  An exception to this is when the file* has been opened in 'direct_io' mode, in which case the return* value of the read system call will reflect the return value of* this operation.** fi->fh will contain the value set by the open method, or will* be undefined if the open method didn't set any value.** Valid replies:*   fuse_reply_buf*   fuse_reply_iov*   fuse_reply_data*   fuse_reply_err** @param req request handle* @param ino the inode number* @param size number of bytes to read* @param off offset to read from* @param fi file information*/void (*read) (fuse_req_t req, fuse_ino_t ino, size_t size, off_t off,struct fuse_file_info *fi);

看这个read的注释，read需配合fuse_reply_buf、fuse_reply_iov、fuse_reply_data、fuse_reply_err这几个接口来完成功能，每个fuse_operations的有效接口都不一样，详细的用法大家可以参考人家写好的文件系统。