linux檔案系統調用(1)---mount

標籤：lock_mount   graft_tree   mount   mount_hashtable   mountpoint_hashtable   

術語表：

struct mount：掛載點

struct mountpoint掛載點節點

struct vfsmount：掛載項

源檔案系統使用者將要掛載的檔案系統

目的檔案系統掛載源檔案系統的檔案系統

一、目的

        本文將介紹linux掛載檔案系統的過程，從系統調用mount()函數開始解析，主要分為三個階段：

        1、建立源檔案系統；

        2、尋找目的檔案系統的掛載目錄；

        3、將源檔案系統掛載到目的檔案系統的掛載目錄；

       本文以linux 3.10版本為基礎進行講解。

二、函數調用關係

        mount系統調用的定義在fs/namespace.c檔案中，具體的定義為：SYSCALL_DEFINE5(mount,char __user *, dev_name, char __user *, dir_name, char __user *,type, unsigned long, flags, void __user *, data)。

        其中，dev_name定義了裝置路徑；di_name定義了掛載目錄；type定義了檔案系統類型；flags和data定義了一些選項內容。我們重點關注前三個參數，後兩個參數目前不關注。

        描述了主要的函數調用關係，linux掛載檔案系統主要分為三個階段：

        1、vfs_kern_mount()負責建立源檔案系統；

        2、lock_mount()負責在目的檔案系統中尋找掛載目錄；

        3、graft_tree()負責將源檔案系統掛載到目的檔案系統的掛載目錄上；

三、目的檔案系統

       為了便於描述，我們假設當前系統已經掛載了ext2檔案系統（即目的檔案系統），tmp目錄將是目的檔案系統的掛載目錄。

        下面我們將要把ext3檔案系統掛載到ext2的tmp掛載目錄上，使用的命令是mount(/dev/sda1, /tmp,  ext3)（省略了flags和data參數）。

四、建立源檔案系統

        首先do_mount()->do_new_mount()->vfs_kern_mount()根據type參數指定的檔案系統類型，建立一個ext3檔案系統。其中需要重點關注的是，vfs_kern_mount()->moutn_fs()根據實際檔案系統的超級塊mount回調鉤子函數，填充超級塊和檔案系統內容（為了簡化，圖中只給出了最簡單的ext3檔案系統，即只有根目錄）。

五、尋找掛載目錄並建立掛載節點        do_mount()->do_new_mount()->do_add_mount()->lock_mount()的功能是遞迴的尋找最終的掛載目錄，這裡的代碼比較難懂，所以下面將詳細描述。
        linux允許掛載目錄上掛載多個檔案系統，後面掛載的檔案系統將“覆蓋”之前掛載的檔案系統。例如，minix檔案系統掛載到ext3檔案系統的tmp掛載目錄下，nfs檔案系統掛載到minix檔案系統的/掛載目錄下，最終使用ls命令將只能看見nfs檔案系統，而minix被nfs“覆蓋”了。
        其中，tmp目錄指向minix掛載點的紅色虛線僅僅表示邏輯關係，實際並不存在這樣的指向關係，linux使用<掛載點，掛載目錄>二元組作為雜湊因子構成雜湊表mount_hashtable的表項，用來尋找已經掛載的檔案系統。例如，minix掛載到ext3的tmp目錄，那麼linux就根據<ext3, tmp>二元組構成雜湊表項，並且將minix記錄到<ext3, tmp>雜湊表項的鏈表中。當需要尋找ext3的tmp目錄下掛載了哪個檔案系統時，可以根據<ext3, tmp>二元組找到相應的雜湊表項，然後找到對應的已掛載檔案系統minix。


        有了以上基礎後，我們再回過頭來看lock_mount()的功能，lock_mount()首先根據當前的<ext3, tmp>二元組找到已掛載的minix檔案系統，然後根據<minix, />二元組找到已掛載的nfs檔案系統，當找到最後一個檔案系統時，根據nfs的根目錄調用new_mountpoint()建立掛載節點（因為minix和nfs掛載到同一個掛載目錄tmp下，所以在掛載minxi時已經建立了掛載節點，所以實際上nfs共用了minix的掛載節點，只是將掛載節點的掛載次數統計加1）。
        下面回到第四節描述的情形繼續講述，因為當前檔案系統中只存在ext2檔案系統，因此lock_mount()將根據ext2的掛載目錄tmp調用new_mountpoint()建立掛載節點，並且將掛載節點指向掛載目錄tmp，掛載次數統計加1，最後將掛載節點加入到mountpoint_hashtable雜湊表中（該雜湊表使用掛載目錄tmp作為雜湊因子）。

六、掛載源檔案系統

        do_mount()->do_new_mount()->do_add_mount()->graft_tree()負責把建立的源檔案系統ext3掛載到掛載節點上。mnt_set_mountpoint()負責將源檔案系統指向掛載節點，commit_tree()負責將源檔案系統ext3加入到mount_hashtable雜湊表中。（註：圖中省略了目的檔案系統和源檔案系統之間的父子關係）

七、總結

        linux掛載檔案系統主要分為三個階段：建立源檔案系統，尋找目的檔案系統的最終掛載目錄並建立掛載節點，最後將源檔案系統關聯到掛載節點上。

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