（Linux內(nèi)核探秘(高劍林著 ）讀書筆記)

Linux 文件系統(tǒng)探秘

一 文件系統(tǒng)基本概念
1.1 VFS
? ? Linux內(nèi)核通過虛擬文件系統(tǒng)（VFS）管理文件系統(tǒng)。
? ? 對每個具體文件系統(tǒng)的訪問要通過VFS定義的接口來實現(xiàn)。
? ?VFS定義了幾個重要的結(jié)構(gòu)，dentry, inode, super_block,通過這些結(jié)構(gòu)將一個真實的硬盤文件系統(tǒng)抽象到內(nèi)存，通過管理這幾個對象就可以完成對文件系統(tǒng)的一些操作。


1.2 超級塊super_block
? ? 超級塊代表了整個文件系統(tǒng)本身。
? ? 文件系統(tǒng)內(nèi)所有的inode也都要鏈接到超級塊的鏈表頭。
? ? 超級塊是對應(yīng)文件系統(tǒng)自身的控制塊結(jié)構(gòu)。
? ? 超級塊結(jié)構(gòu)給出了文件系統(tǒng)的全局信息：文件系統(tǒng)的塊大小，文件系統(tǒng)中最大文件的尺寸，指向file_system_type結(jié)構(gòu)的指針，魔術(shù)數(shù)字，指向文件系統(tǒng)根dentry的指針，
? ? 超級塊對象還定義了一些鏈表頭，用來鏈接文件系統(tǒng)內(nèi)的重要成員：s_inodes指向文件系統(tǒng)內(nèi)所有的inode, s_dirty指向所有dirty的inode對象，s_bdev指向文件系統(tǒng)存在的塊設(shè)備指針；
? ? 超級塊結(jié)構(gòu)包含一些函數(shù)指針，super_operations提供了最重要的超級塊操作。


1.3 目錄項dentry
? ? 在VFS里，目錄本身也是一個文件；每個文件都有一個dentry，這個dentry鏈接到上級目錄的dentry。層層鏈接，形成一顆dentry樹。
? ? 為了加快對dentry的查找，內(nèi)核使用了hash表來緩存dentry，稱為dentry cache。
? ? dentry結(jié)構(gòu)的成員：d_inode指向一個inode結(jié)構(gòu)；d_subdirs是子項的鏈表頭；d_child是dentry自身的鏈表頭；d_parent指向父dentry結(jié)構(gòu)；d_hash; d_name保存文件或目錄的名字；d_mounted用來指示dentry是否是一個掛載點。


1.4 索引節(jié)點inode
? ? inode代表一個文件。
? ? dentry和inode代表一個文件？事實基本如此。


1.5 文件

? ? 文件對象的作用是描述進(jìn)程和文件交互的關(guān)系。硬盤上并在存在一個文件結(jié)構(gòu)；進(jìn)程打開一個文件，內(nèi)核就動態(tài)創(chuàng)建一個文件對象。

設(shè)備的概念和總體架構(gòu)

一 設(shè)備的配置表
? ? 以PCI設(shè)備為準(zhǔn)說明。
? ? PCI設(shè)備本身就包含一個配置表。
? ? 配置表包含設(shè)備制造商填充的廠商信息、設(shè)備屬性等通用配置信息。設(shè)備廠商還應(yīng)該提供設(shè)備的控制寄存器信息。設(shè)備還可能配備了內(nèi)存。
? ? 設(shè)備本身有一些配置信息，如設(shè)備ID、制造商ID等。
? ? 設(shè)備寄存器基址，可以將其看作一個地址，對這個地址寫指令就可以控制設(shè)備。
? ? PCI總線規(guī)范定義的PCI設(shè)備配置空間總長度為256字節(jié)，配置信息按一定的順序和大小依次存放。配置空間的前64字節(jié)稱為配置頭。配置頭的主要功能是用來識別設(shè)備、定義主機(jī)訪問PCI卡的方式。其余192字節(jié)稱為本地配置空間，主要定義卡上局部總線的特性、本地空間基地址及范圍等。

為設(shè)備服務(wù)的特殊文件系統(tǒng)sysfs

kobject結(jié)構(gòu)
? ? sysfs創(chuàng)建目錄時，傳遞的參數(shù)就是一個kobject結(jié)構(gòu)。可以認(rèn)為kobject代表sysfs文件系統(tǒng)的一個目錄。
1 kobject和kset的關(guān)系
? ? kset結(jié)構(gòu)里封裝了一個kobject結(jié)構(gòu)，同時包括一個鏈表頭，屬于這個kset的所有kobject都要鏈接到kset的鏈表頭。
2 總線的注冊
? ? 總線的注冊使用platform_bus_init函數(shù)。
? ? bus_register的作用是把總線對象注冊到內(nèi)核。
? ? bus對象內(nèi)含兩個kset，一個是devices，另一個是drivers。

serio總線

? ? 驅(qū)動之間可以嵌套。一種類型的總線可以架構(gòu)在另一種類型的總線之上。
一 總線適配器
? ? 網(wǎng)卡、聲卡、顯卡、SCSI卡等設(shè)備很多都是以PCI卡的形式出現(xiàn)，并插入計算機(jī)的PCI插槽。聲卡顯卡加載驅(qū)動后，就可以直接讀寫操作。SCSI卡本身又可以連接


SCSI硬盤，因此加載SCSI卡的PCI驅(qū)動后，必須進(jìn)行SCSI總線掃描，發(fā)現(xiàn)SCSI硬盤設(shè)備，才能正確地讀寫硬盤。這里，SCSI卡就擔(dān)任了總線橋的任務(wù)，它提供了總線


之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和互操作。像SCSI卡這樣的設(shè)備，稱為主機(jī)總線適配器(HBA)，它一方面是PCI設(shè)備，另一方面它又管理SCSI總線的設(shè)備。


二 向serio總線注冊設(shè)備
? ? serio總線建筑在platform總線之上，它們分工合作，共同提供了完整的驅(qū)動功能。
? ? 從架構(gòu)的角度看，serio總線這種總線嵌套使用模式類似于總線適配器的模式。


1 注冊端口登記事件
? ? serio_register_port函數(shù)的作用是注冊serio總線。
? ? serio_register_port函數(shù)的輸入?yún)?shù)serio設(shè)置了端口類型。
? ? serio_queue_event函數(shù)首先遍歷內(nèi)核的serio_event_list鏈表。同一個端口只能注冊一次。然后創(chuàng)建一個serio_event結(jié)構(gòu)，設(shè)置這個serio_event結(jié)構(gòu)的類型為端口注冊，喚醒處理這個事件的任務(wù)。


2 遍歷總線的驅(qū)動
? ? serio_add_port函數(shù)的關(guān)鍵部分是device_add函數(shù)。
? ? serio總線的match函數(shù)定義在serio.c文件。serio_bus_match函數(shù)在設(shè)備注冊時多次調(diào)用，它的輸入?yún)?shù)是serio總線上注冊的每一個驅(qū)動，需要逐個檢查端口設(shè)備serio和驅(qū)動的匹配情況。


3 注冊input設(shè)備
? ? 調(diào)用input_register_device注冊input設(shè)備。


三 虛擬鍵盤驅(qū)動

PCI總線

一 深入理解PCI總線
? ? 當(dāng)PCI總線掃描到PCI設(shè)備后，已經(jīng)為設(shè)備設(shè)置了DMA信息、中斷信息和I/O端口、I/O內(nèi)存信息。
1.1 PCI設(shè)備工作原理
? ? PCI設(shè)備具有自己的設(shè)備配置信息，也具備I/O端口和I/O內(nèi)存，這些端口和內(nèi)存構(gòu)成一個獨(dú)立的地址空間，就是PCI總線地址空間。
? ? CPU要通過主橋才能訪問PCI地址空間，PCI設(shè)備也要通過主橋才能訪問主存。
? ? 主橋可以直接產(chǎn)生一條PCI總線，這條總線也是主橋管理的第一條總線，也是0號PCI總線。在內(nèi)核代碼中，會直接使用這條0號總線。
? ? 從該總線還可以擴(kuò)展出一系列的PCI總線，稱為PCI橋，以主橋為根節(jié)點，這些橋和設(shè)備形成了一顆PCI樹。
? ? 一條PCI總線上，最多只能掛載256個PCI設(shè)備。
1.2 PCI總線域
? ? PCI設(shè)備具有一個8 bit的總線號，一個5bit的設(shè)備編號以及一個3bit的功能編號。
? ? 一個主橋下最多擁有256個總線，對大型系統(tǒng)而言這是不夠的，為此Linux引入PCI域的概念。
1.3 PCI資源管理
? ? 為了管理PCI設(shè)備的I/O端口和I/O內(nèi)存，內(nèi)核定義了一個resource結(jié)構(gòu)。

總結(jié)

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