sys_dup()的主要工作就是用來“複製”一個打開的文件號,使兩個文件號都指向同一個文件。先看一下涉及到的數據結構:
1 數據結構
在Linux中每一個進程的數據是存儲在一個task_struct結構(定義在sched.h中)中的。
struct task_struct {
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
/* filesystem information */
struct fs_struct *fs;
/* open file information */
struct files_struct *files;
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
};
該結構中有一個用於保存打開文件信息的成員:files,該成員類型是:struct files_struct*(定義在file.h)。
/*
* Open file table structure
*/
struct files_struct {
atomic_t count;
spinlock_t file_lock; /* Protects all the below members. Nests inside tsk->alloc_lock */
int max_fds;
int max_fdset;
int next_fd;
struct file ** fd; /* current fd array */
fd_set *close_on_exec;
fd_set *open_fds;
fd_set close_on_exec_init;
fd_set open_fds_init;
struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];
};
可以看到該結構中保存了所有與進程打開文件相關的信息,其中fd_array是一個struct file*(定義在file.h)類型的數組。
struct file {
struct list_head f_list;
struct dentry *f_dentry;
struct vfsmount *f_vfsmnt;
struct file_operations *f_op;
atomic_t f_count;
unsigned int f_flags;
mode_t f_mode;
int f_error;
loff_t f_pos;
struct fown_struct f_owner;
unsigned int f_uid, f_gid;
struct file_ra_state f_ra;
size_t f_maxcount;
unsigned long f_version;
void *f_security;
/* needed for tty driver, and maybe others */
void *private_data;
#ifdef CONFIG_EPOLL
/* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */
struct list_head f_ep_links;
spinlock_t f_ep_lock;
#endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */
struct address_space *f_mapping;
};
struct file就是保存了每個打開文件信息的數據結構。
2 實現
asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes)
{
int ret = -EBADF;
struct file * file = fget(fildes);
if (file)
ret = dupfd(file, 0);
return ret;
}
在sys_dup函數中,關鍵的就是兩步,fget獲取指定文件描述符的struct file指針,然後調用dupfd,至於dupfd的具體實現,我們接着往下走。
struct file fastcall *fget(unsigned int fd)
{
struct file *file;
struct files_struct *files = current->files;
spin_lock(&files->file_lock);
file = fcheck_files(files, fd);
if (file)
get_file(file);
spin_unlock(&files->file_lock);
return file;
}
可以看到fget函數的實現就是首先獲取一個files_struct指針,我們知道files_struct保存了所有打開文件信息(其中current是當前進程的struct task_struct指針),然後加鎖,調用fcheck_files,獲取file指針,如果file不爲空,則調用get_file,下面我們看下這兩個函數的實現。
static inline struct file * fcheck_files(struct files_struct *files, unsigned int fd)
{
struct file * file = NULL;
if (fd < files->max_fds)
file = files->fd[fd];
return file;
}
#define get_file(x) atomic_inc(&(x)->f_count)
現在已經可以知道,fcheck_files函數的具體步驟是首先判斷給定的文件描述符fd是否小於最大文件描述符max_fds,如果小於,則返回fd數組中對應該fd下標的指針,即取出原來文件的file指針
get_file的作用是原子的增加f_count,也就是該文件的引用計數(在close的時候會減這個值)。
現在再回到sys_dup中,看一下dumfd的實現。
static int dupfd(struct file *file, unsigned int start)
{
struct files_struct * files = current->files;
int fd;
spin_lock(&files->file_lock);
fd = locate_fd(files, file, start);
if (fd >= 0) {
FD_SET(fd, files->open_fds);
FD_CLR(fd, files->close_on_exec);
spin_unlock(&files->file_lock);
fd_install(fd, file);
} else {
spin_unlock(&files->file_lock);
fput(file);
}
return fd;
}
該函數的具體步驟如下:
1、通過current->files獲取struct files_struct指針。
2、加鎖,完成後會解鎖。
3、調用locate_fd函數獲取一個fd,具體獲取規則下面再看。
4、如果獲取到的fd>=0,則調用FD_SET、FD_CLR、解鎖、fd_install。關鍵在於fd_install;否則調用解鎖、fput。
下面再看一下locate_fd、fd_install、fput的實現。
/*
* locate_fd finds a free file descriptor in the open_fds fdset,
* expanding the fd arrays if necessary. Must be called with the
* file_lock held for write.
*/
static int locate_fd(struct files_struct *files,
struct file *file, unsigned int orig_start)
{
unsigned int newfd;
unsigned int start;
int error;
error = -EINVAL;
if (orig_start >= current->signal->rlim[RLIMIT_NOFILE].rlim_cur)
goto out;
repeat:
/*
* Someone might have closed fd's in the range
* orig_start..files->next_fd
*/
start = orig_start;
if (start < files->next_fd)
start = files->next_fd;
newfd = start;
if (start < files->max_fdset) {
newfd = find_next_zero_bit(files->open_fds->fds_bits,
files->max_fdset, start);
}
error = -EMFILE;
if (newfd >= current->signal->rlim[RLIMIT_NOFILE].rlim_cur)
goto out;
error = expand_files(files, newfd);
if (error < 0)
goto out;
/*
* If we needed to expand the fs array we
* might have blocked - try again.
*/
if (error)
goto repeat;
if (start <= files->next_fd)
files->next_fd = newfd + 1;
error = newfd;
out:
return error;
}
根據該函數的註釋即可知道它的所用就是:找到一個沒有被使用的文件描述符,從start開始
void fastcall fd_install(unsigned int fd, struct file * file)
{
struct files_struct *files = current->files;
spin_lock(&files->file_lock);
if (unlikely(files->fd[fd] != NULL))
BUG();
files->fd[fd] = file;
spin_unlock(&files->file_lock);
}
fd_install的作用就是把fd指針數組對應fd下標的指針賦值爲file。
到此回到dupfd,返回獲取的fd,這就是新的拷貝,然後sys_dup就返回該值。