操作系统课程设计 indoe.c流程及代码分析.doc

1、1总体概述22模块整体功能介绍及主要目标221 模块整体功能222 主要目标33头文件的分析331 头文件kernel.h332 头文件sched.h433 头文件system.h434 头文件fs.h44数据结构的分析45函数的分析651 read_inode()函数分析652 write_inode()函数分析753 sleep_on()函数分析754 wait_on_inode()函数分析855 lock_inode()函数分析956 unlock_inode()函数分析957 invalidate_inodes()函数分析1058 sync_inodes(void)函数分析1159 _

2、bmap()函数分析11510 bmap()函数分析15511 iput()函数分析15512 get_empty_inode()函数分析17513 get_pipe_inode()函数分析18514 create_block()函数分析18515 iget()函数分析196分析体会及自己所做亮点工作217参考文献23第23页1总体概述实验名称：Linux0.11文件系统源代码分析之I节点管理源代码分析；源代码在源程序中的具体位置：linux/fs/inode.c（电子书Linux内核0。11完全注释赵炯编著的451页）。实验要求：对该源代码进行分析的主要任务是对重要的头文件进行分析、结合代码

3、对实现所用的主要数据结构进行分析、结合代码对主要函数功能进行分析，并画出函数间调用关系结构图或程序流程图。实验预期结果：从形式上来看，程序主要是头文件、数据结构和函数构成，从思路上来看，程序是由数据结构和算法构成，但是现在Linux操作系统源代码，已经给了我们，而且别人也分析的特别的详细了。作为初学者，没有什么经验，我想能把它看懂就不错了，所以最重要的是对程序的各个函数进行分析，画出流程图（主要是通过流程图来分析），在画流程图的过程中，仔细体会每行代码的作用和思路，从而最终看懂整个inode.c程序。2模块整体功能介绍及主要目标21模块整体功能inode.c程序主要涉及文件系统i节点信息的访问

4、和管理。每个文件的创建都会有一个i节点，它包括该文件的所有信息，本程序就是对创建好的文件的i节点进行管理。该程序主要包括处理i节点的iget()、iput()、bmap()，以及其他一些辅助函数。iput()函数的功能与iget()函数正好相反，主要把i节点引用计数值递减1，要是在某一时刻进程不需要持续使用一个i节点时就应该调用iput()函数来使i节点引用值减1，好让内核执行其他一些处理。（详细过程见iput()函数的流程图（图14）；iget()函数的功能是从设备上取指定节点号的i节点，处理过程是扫描整个i节点表，来找相应的i节点，当找到后再等待解锁，这时i节点表可能会发生变化，就要再重新

5、扫描i节点表，还要把i节点的引用计数值增1，还要判断是否是安装点，要是的话，就在超级块表中找，找到后，再写盘，再重新扫描整个i节点表。最后返回找到的i节点指针。（详细过程见iget()函数的流程图（图18）。22主要目标 主要分析inode.c程序中的处理i节点的主要处理函数，包括iget()、iput()、bmap()，以及其他一些辅助函数。结合代码对主要函数功能进行分析，并画出函数间调用关系结构图或程序流程图。3头文件的分析31 头文件kernel.hpanic(const char*str);/标准打印（显示）函数printf();/内核专用的打印信息函数，功能与printf()相同pr

6、intk();/往tty上写指定长度的字符串。32 头文件sched.hextern void sleep_on(struct tast_struct*p);/不可中断的等待睡眠extern void interruptible_sleep_on(struct tast_struct*p);/可中断的等待睡眠extern void wake_up(struct tast_struct*p);/明确唤醒睡眠的进程。33 头文件system.h sti();/开中断嵌入汇编宏函数 cli();/关中断34 头文件 fs.hextern struct m_inode inode_tableNR_IN

7、ODE;/定义i节点表数组（32项）extern void truncate(struct m_inode*inode);/刷新i节点信息。extern voic sync_inodes(void);/等待指定的i节点。extern void brelse(struct buffer_head*buf);/读取指定的数据块。4数据结构的分析41 struct buffer_head;/缓冲块头数据结构，在程序中常用bh来表示buffer_head类型的缩写（极为重要）（结构见图1）图1 struct buffer_head结构体42 struct d_inode;/磁盘上的索引节点(i节点)数

8、据结构。43 struct m_inode;/在内存中的i节点结构（结构见图2）图2 struct m_inode结构体44 struct super_block;/内存中磁盘超级块结构（结构见图3）图3 struct super_block结构体45 struct d_super_block;/磁盘上超级块结构46 struct m_inode inode_tableNR_INODE=0,;/内存中I节点表5函数的分析51 read_inode()函数分析511函数头：static void read_inode(struct m_inode*inode);512主要功能：读取指定I节点信息

9、；从设备上读取含有指定I节点信息的I节点盘块，然后复制到指定的I节点结构中。为了确定I节点所在的设备逻辑块号（或缓冲块），必须首先读取相应设备上的超级块，以获取用于计算逻辑块号的每块I节点数信息INODES_PER_BLOCK.在计算出I节点所在的逻辑块号后，就把该逻辑块读入一缓冲块中。然后把缓冲块中相应位置处的I节点内容复制到参数指定的位置处。513流程图：（见图4）锁定该I节点从设备上取得超级块否？YN提示从其他地方读入计算设备逻辑块号复制到indoe指针所指位置处Brelse(bh)unlock_inode(inode)图4 read_inode()函数流程图52 write_inode

10、()函数分析521函数头：static void write_inode(struct m_inode*inode);522功能分析：将i节点信息写入缓冲区中。该函数把参数指定的i节点写入缓冲区相应的缓冲块中，待缓冲区刷新时会写入盘中。523流程图：（见图5）锁定该I节点lock_inode(inode)修改过或设备号0否？YN退出计算设备逻辑块号复制到逻辑块对应该I节点项位置处置缓冲区已修改标志bh-b_dirt=1内容与缓冲区一致bh-b_dirt=0Brelse(bh);unlock_inode(inode)结束图5 write_inode()函数流程图53 sleep_on()函数分析

11、531函数头：void sleep_on(struct tast_struct*p);532功能分析：把当前任务置为不可中断的等待状态，并让睡眠队列列头指针指向当前任务，只有明确地唤醒时才会返回。该函数提供了进程与中断处理程序之间的同步机制。函数参数p是等待任务队列列头指针。指针是含有一个变量地址的变量。这里参数p使用了指针的指针形式*p，这是因为C函数参数只能传值，没有直接的方式让被调用函数改变调用该函数程序中变量的值。但是指针*p指向的目标（这里是任务结构）会改变，因此为了能修改调用该函数程序中原来就是指针变量的值，就需要传递指针*p的指针，即*P。54 wait_on_inode()函数

12、分析541函数头：static inline void wait_on_inode(struct m_inode*inode);542函数的功能：等待指定的i节点可用；如果i节点已被锁定，则将当前任务置为不可中断的等待状态，并添加到该I 节点的等待队列i_wait中，直到该i节点解锁并明确地唤醒本任务。543程序流程图：（见图6）关中断cli()开中断sti()I节点锁定否？NYsleep_on(&inode-i_wait)结束图6 wait_on_inode()函数流程图55 lock_inode()函数分析551函数头：static inline void lock_inode(struc

13、t m_inode*inode);552函数的功能：对指定的I节点上锁；如果I节点已被锁定(即当inode-i_lock=1)，则将当前任务置为不可中断的等待状态，并添加到该I节点的等待队列i_wait中。直到该I节点解锁(inode-i_lock=0时)并明确地唤醒本任务。然后对其上锁(inode-i_lock=1)。553流程图：（见图7）关中断cli()I节点锁定否？YNsleep_on(&inode-i_wait)结束开中断sti()Inode-i_lock=1图7 lock_inode()函数流程图56 unlock_inode()函数分析561函数头：static inline v

14、oid unlock_inode(struct m_inode*inode);562函数的功能：对指定的i节点解锁；首先使i节点的锁定标志为0（复位），并明确地唤醒（wake_up(&inode-i_wait)）等待在此i节点等待队列i_wait上的所有进程。57 invalidate_inodes()函数分析571函数头：void invalidate_inodes(int dev);572函数的功能：释放设备dev在内存i节点表中的所有i节点；扫描内存中的i节点表数组，如果是指定设备使用的i节点就释放之。573流程图：（见图8）指向内存i节点表数组首项显示出错警告YNINR_INODE ?

15、初始化i=0I节点解锁？YN是指定设备的i节点否？YI_count0？NY释放i节点（置设备号为0） I+,inode+指向下一节点N结束图8 invalidate_inodes()函数流程图58 sync_inodes(void)函数分析581函数头：void sync_inodes(voic);582函数的功能：同步所有i节点；把内存i节点表中所有i节点与设备上i节点作同步操作。583流程图：（见图9）指向内存i节点表数组首项YNIi_dirt=1;inode-i_ctime=CURRENT_TIMEi_zone7为0？Y创建时申请失败返回0退出读取设备上该i节点的一次间接块N读到否？Y取

16、该间接块的第block项中盘块号i创建且i为 0？修改标志bh-b_dirt=1Y申请一磁盘块，并等于该新盘块号Nbrelse(bh);/释放且return I;图11 _bmap()函数中对一次间接块进行处理的流程图5933对二次间接块进行处理的过程：（见图12）YYYNYN申请一磁盘块用于存放间接信息块Inode-i_dirt=1;inode-i_ctime=CURRENT_TIMEi_zone8为0？创建时申请失败返回0退出读取设备上该i节点的一次间接块读到否？取该间接块的第block项中盘块号i创建且i为 0？修改标志bh-b_dirt=1申请一磁盘块，并等于该新盘块号brelse(b

17、h);/释放且return I;创建且i_zone8为0？对二次间接块进行处理block-=512返回0N图12 _bmap()函数中对二次间接块进行处理510 bmap()函数分析5101函数头：int bmap(struct m_inode*inode,int block);5102函数的功能：取文件数据块block在设备上对应的逻辑块号；参数：inode-文件的内存i节点指针；block-文件中的数据块号；若操作成功则返回对应的逻辑块号，否则返回0。5103调用结构图：（见图13）调用bmap()函数_bmap()函数图13 bmap()函数调用结构图511 iput()函数分析5111

18、函数头：void iput(struct m_inode*inode);5112功能分析：放回（放置）一个i节点（回写入设备）。该函数主要用于把i节点引用计数值递减1，并且若是管道i节点，则唤醒等待的进程。若是块设备文件i节点则刷新设备。并且若i节点的链接计数为0，则释放该i节点占用的所有磁盘逻辑块，并释放该i节点。5113流程图：（见图14）图14 iput()函数流程图512 get_empty_inode()函数分析5121函数头：struct m_inode*get_empty_inode(void);5122功能分析：从i节点表（inode_table）中获取一个空闲i节点项； 51

19、23流程图：（见图15）last_inode指针指向i节点表第一项循环扫描整个i节点表找到空闲i节点否？N打印供调试用并停机等待解锁Yinode-i_dirt=1？Ywrite_inode(inode);wait_on_inode(inode)Ninode-i_count0？YN已找到符合要求的空闲i节点项该i节点项内容清0，引用计数为1返回i节点指针并结束图15 get_empty_inode()函数流程图513 get_pipe_inode()函数分析5131函数头：struct m_inode*get_pipe_inode(void);5132功能分析：获取管道节点。5133流程图：（见

20、图16）扫描i节点表，寻找一个空闲i节点项引用计数置为2（读者和写者）复位管道头和尾指针YN返回NULL申请一页内存，并i_size指向该页面还有空闲内存否？N释放该i节点，并返回NULLY置节点为管道使用的标志i_pipe=1返回inode并结束get_empty_inode()找到否？图16 get_pipe_inode()函数流程图514 create_block()函数分析5141函数头：int create_block(struct m_inode*inode,int block);5142功能分析：取文件数据块block在设备上对应的逻辑块号；如果对应的逻辑块不存在就创建一块；返回

21、设备上对应的已存在或新建的逻辑块号。参数：inode-文件的内存i节点指针；block-文件中的数据块号。5143调用结构图：（见图17）调用Create_block()函数_bmap()函数图17 create_block()函数调用结构图515 iget()函数分析5151函数头：struct m_inode*iget(int dev,int nr);5152功能分析：取得一个i节点。5153流程图：（见图18）图18 iget()函数流程图6分析体会及自己所做亮点工作经过自己几天的努力，Linux0.11文件系统源代码分析之I节点管理源代码分析inode.c，终于用自己的思路分析完了，理

22、解透了。Inode.c程序总共有339行代码，乍一看，自己都会心烦，很难看下去，报告也无从着手来写，虽然注解非常的详细，看代码最忌讳的就是没有耐心，所以在看代码之前就必需使自己静下心来，然后根据熊老师的要求，报告的说明，想好自己的分析计划。先整体看一下程序，看它由哪些函数构成，第一遍看下来，就发现在inode.c程序中，定义了一些主要函数（如：read_inode(),write_inode(),iget(),get_pipe_inode(),get_empty_inode(),iput(),bam(),_bamp(),sync_inode(),invalidate_inodes(),unlo

23、ck_inode(),lock_inode(),wait_inode()）(看第一遍时，只看一下这些函数头)，它在本程序中定义了，那么看懂这些是必需的，不过同时我也发现，在这些函数中，也调用了其他的一些函数（如：cli(),sti(),sleep_on(),wake_up(),printk(),panic(),bread()等等），而这些函数呢，在本程序中却没有定义，只是直接拿来调用它了，开始是用点糊涂，一下子间反应不过来是怎么回事，后来问了熊老师，他的讲解，让我顿间明白过来，也想起自己以前也编写过的像这种把所有的子程序，综合起来运行，那就是把一些需要共享的函数的函数头放到头文件中，当哪个子程

24、序需要调用它们时，只需要加载相应的头文件即可。最终这些函数在头文件（第11章）都能够找到。（有注解，所以我能看的懂）。类似的道理，一些在此程序中没有定义的数据结构，在头文件中也都有定义。在最初不断地浏览整个程序的过程中，也遇到了一些问题，虽然有注解，但是注解中的有些词汇（名词），却不知道是什么意思，同时我注意到，inode.c程序只是文件系统源代码的一部分，而文件系统中的各个子程序也有交叉，所以我现在要明白，不能孤立地看这个程序，而是要是发现不懂的地方，可以到别的程序中找答案，例如：超级块：超级块中主要存放了有关整个文件系统的信息，其信息结构参见“总体功能描述”中的图9-3（电子书399页），

25、并说明各部分的大小。在linux0.11系统中，被加载的文件系统超级块保存在超级块表（数组）supper_block中。整体思路想好后，接下来的任务就是单个的分析每个数据结构、函数，注意有些数据结构在本程序中没有定义，要到头文件中去寻找。在分析函数的时候，有了前提知识，我是直接分析源代码的结构的，只有自己不懂的时候，才会去看注解，然后基本上都是用流程图或函数间调用结构图来描述的，再加了一些说明性的文字。这样我就利用电子书上的注解分析，转换为自己的思路，这样的思维不那么呆板，而且也很有成就感。通过分析程序画出其流程图，使我必需耐心看完并分析每条语句，分析一点，就记录一点在图上，最终把整个程序分析

26、完。冰冻之尺，非一日之寒，339行的程序分析下来，也花了我不少时间，从开始查资料到最后报告的完成，前后也有5天的时间。分析此程序，使我了解了，处理i节点的函数iget()、iput()、bmap(),以及其他一些辅助函数的具体实现过程。Iget()是指从设备上读取指定节点号nr的i节点，而iput()函数所完成的功能，正好与iget()函数相反，它主要用于把i节点引用计数值递减1，并且若是管道i节点，则唤醒等待的进程。各个函数的具体详细描述过程见此报告的正文，在此不再赘余。以上都是自己在分析inode.c程序中所得出的一点体会及一些学习方法和思考问题的方式。我自己认为，可能有一天，我把这个程序的编写过程给忘了，但是这样思考问题的方法和做事的态度，却很实用，会伴随我一生，使我受益匪浅。7参考文献1Linux0.11内核完全注释赵炯 编著2Linux内核2.4版源代码分析大全 机械工业出版社 李善平 2002.13Linux操作系统内核分析陈利君 编著 人民邮电出版社4