想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：

51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)

https://harmonyos.51cto.com

VFS(Virtual File System)是文件系統(tǒng)的虛擬層，它不是一個(gè)實(shí)際的文件系統(tǒng)，而是一個(gè)異構(gòu)文件系統(tǒng)之上的軟件粘合層，為用戶提供統(tǒng)一的類Unix文件操作接口。由于不同類型的文件系統(tǒng)接口不統(tǒng)一，若系統(tǒng)中有多個(gè)文件系統(tǒng)類型，訪問(wèn)不同的文件系統(tǒng)就需要使用不同的非標(biāo)準(zhǔn)接口。而通過(guò)在系統(tǒng)中添加VFS層，提供統(tǒng)一的抽象接口，屏蔽了底層異構(gòu)類型的文件系統(tǒng)的差異，使得訪問(wèn)文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用不用關(guān)心底層的存儲(chǔ)介質(zhì)和文件系統(tǒng)類型，提高開(kāi)發(fā)效率。本文先介紹下VFS的結(jié)構(gòu)體和全局變量，然后詳細(xì)分析下VFS文件操作接口。文中所涉及的源碼，均可以在開(kāi)源站點(diǎn)https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 獲取。

1、VFS結(jié)構(gòu)體定義

在文件components\fs\vfs\fs_operations.h中定義了VFS虛擬文件系統(tǒng)操作涉及的結(jié)構(gòu)體。⑴處的struct MountOps結(jié)構(gòu)體封裝了掛載相關(guān)的操作，包含掛載、卸載和文件系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)操作。⑵處的struct FsMap結(jié)構(gòu)體映射文件系統(tǒng)類型及其對(duì)應(yīng)的掛載操作和文件系統(tǒng)操作，支持的文件類型包含“fat”和“littlefs”兩種，通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)體可以獲取對(duì)應(yīng)文件類型的掛載操作及文件系統(tǒng)操作接口。⑶處的struct FileOps封裝文件系統(tǒng)的操作接口，包含文件操作、目錄操作，統(tǒng)計(jì)等相應(yīng)的接口。

⑴  struct MountOps { 
        int (*Mount)(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype, unsigned long mountflags, 
            const void *data); 
        int (*Umount)(const char* target); 
        int (*Umount2)(const char* target, int flag); 
        int (*Statfs)(const char *path, struct statfs *buf); 
    }; 
 
⑵  struct FsMap { 
        const char *fileSystemtype; 
        const struct MountOps *fsMops; 
        const struct FileOps *fsFops; 
    }; 
 
⑶  struct FileOps { 
        int (*Open)(const char *path, int openFlag, ...); 
        int (*Close)(int fd); 
        int (*Unlink)(const char *fileName); 
        int (*Rmdir)(const char *dirName); 
        int (*Mkdir)(const char *dirName, mode_t mode); 
        struct dirent *(*Readdir)(DIR *dir); 
        DIR *(*Opendir)(const char *dirName); 
        int (*Closedir)(DIR *dir); 
        int (*Read)(int fd, void *buf, size_t len); 
        int (*Write)(int fd, const void *buf, size_t len); 
        off_t (*Seek)(int fd, off_t offset, int whence); 
        int (*Getattr)(const char *path, struct stat *buf); 
        int (*Rename)(const char *oldName, const char *newName); 
        int (*Fsync)(int fd); 
        int (*Fstat)(int fd, struct stat *buf); 
        int (*Stat)(const char *path, struct stat *buf); 
        int (*Ftruncate)(int fd, off_t length); 
    }; 

2、VFS重要的內(nèi)部全局變量

在文件components\fs\vfs\los_fs.c中有2個(gè)全局變量比較重要，⑴處定義的數(shù)組g_fsmap維護(hù)文件系統(tǒng)類型映射信息，數(shù)組大小為2，支持"fat"和"littlefs"文件類型。⑵處的變量g_fs根據(jù)掛載的文件類型指向數(shù)組g_fsmap中的FsMap類型元素。⑶處的函數(shù)InitMountInfo()會(huì)給數(shù)組g_fsmap進(jìn)行初始化賦值。第0個(gè)元素維護(hù)的"fat"文件類型的文件系統(tǒng)映射信息，第1個(gè)元素維護(hù)的"littlefs"文件類型的文件系統(tǒng)映射信息。涉及到的掛載操作、文件系統(tǒng)操作變量g_fatfsMnt、g_fatfsFops、g_lfsMnt、g_lfsFops在對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)文件中定義。⑷處的函數(shù)MountFindfs()用于根據(jù)文件類型從數(shù)組中獲取文件映射信息。

⑴  static struct FsMap g_fsmap[MAX_FILESYSTEM_LEN] = {0}; 
⑵  static struct FsMap *g_fs = NULL; 
 
⑶  static void InitMountInfo(void) 
    { 
    #if (LOSCFG_SUPPORT_FATFS == 1) 
        extern struct MountOps g_fatfsMnt; 
        extern struct FileOps g_fatfsFops; 
        g_fsmap[0].fileSystemtype = strdup("fat"); 
        g_fsmap[0].fsMops = &g_fatfsMnt; 
        g_fsmap[0].fsFops = &g_fatfsFops; 
    #endif 
    #if (LOSCFG_SUPPORT_LITTLEFS == 1) 
        extern struct MountOps g_lfsMnt; 
        extern struct FileOps g_lfsFops; 
        g_fsmap[1].fileSystemtype = strdup("littlefs"); 
        g_fsmap[1].fsMops = &g_lfsMnt; 
        g_fsmap[1].fsFops = &g_lfsFops; 
    #endif 
    } 
 
⑷  static struct FsMap *MountFindfs(const char *fileSystemtype) 
    { 
        struct FsMap *m = NULL; 
 
        for (int i = 0; i < MAX_FILESYSTEM_LEN; i++) { 
            m = &(g_fsmap[i]); 
            if (m->fileSystemtype && strcmp(fileSystemtype, m->fileSystemtype) == 0) { 
                return m; 
            } 
        } 
 
        return NULL; 
    } 

3、VFS相關(guān)的操作接口

在之前的系列文章《鴻蒙輕內(nèi)核M核源碼分析系列十九 Musl LibC》中介紹了相關(guān)的接口，那些接口會(huì)調(diào)用VFS文件系統(tǒng)中操作接口。對(duì)每個(gè)接口的用途用法不再描述，快速記錄下各個(gè)操作接口。

3.1 掛載卸載操作

掛載卸載操作包含LOS_FsMount、LOS_FsUmount、LOS_FsUmount2等3個(gè)操作。⑴處在掛載文件系統(tǒng)之前，需要初始化文件系統(tǒng)映射信息，只會(huì)操作一次。⑵處根據(jù)文件系統(tǒng)類型獲取對(duì)應(yīng)的文件類型映射信息。從這里，可以獲知，LiteOS-M內(nèi)核只能同時(shí)支持一個(gè)文件系統(tǒng)，不能只支持fat又支持littlefs。⑶處對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)掛載接口實(shí)現(xiàn)掛載操作。其他兩個(gè)函數(shù)同樣比較簡(jiǎn)單，自行閱讀代碼即可。

   int LOS_FsMount(const char *source, const char *target, 
                    const char *filesystemtype, unsigned long mountflags, 
                    const void *data) 
    { 
        static int initFlag = 0; 
 
⑴      if (initFlag == 0) { 
            InitMountInfo(); 
            initFlag = 1; 
        } 
 
⑵      g_fs = MountFindfs(filesystemtype); 
        if (g_fs == NULL) { 
            errno = ENODEV; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
 
        if (g_fs->fsMops == NULL || g_fs->fsMops->Mount == NULL) { 
            errno = ENOSYS; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
 
⑶      return g_fs->fsMops->Mount(source, target, filesystemtype, mountflags, data); 
    } 
 
    int LOS_FsUmount(const char *target) 
    { 
        if (g_fs == NULL) { 
            errno = ENODEV; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        if (g_fs->fsMops == NULL || g_fs->fsMops->Umount == NULL) { 
            errno = ENOSYS; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        return g_fs->fsMops->Umount(target); 
    } 
 
    int LOS_FsUmount2(const char *target, int flag) 
    { 
        if (g_fs == NULL) { 
            errno = ENODEV; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        if (g_fs->fsMops == NULL || g_fs->fsMops->Umount2 == NULL) { 
            errno = ENOSYS; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        return g_fs->fsMops->Umount2(target, flag); 
    } 

3.2 文件目錄操作

VFS封裝的文件目錄操作接口包含LOS_Open、LOS_Close、LOS_Read、LOS_Write、LOS_Opendir、LOS_Readdir、LOS_Closedir等等。對(duì)具體的文件類型的文件目錄操作接口進(jìn)行封裝，代碼比較簡(jiǎn)單，自行閱讀即可，部分代碼片段如下：

...... 
 
int LOS_Unlink(const char *path) 
{ 
    if (g_fs == NULL) { 
        errno = ENODEV; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    if (g_fs->fsFops == NULL || g_fs->fsFops->Unlink == NULL) { 
        errno = ENOSYS; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    return g_fs->fsFops->Unlink(path); 
} 
 
int LOS_Fstat(int fd, struct stat *buf) 
{ 
    if (g_fs == NULL) { 
        errno = ENODEV; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    if (g_fs->fsFops == NULL || g_fs->fsFops->Fstat == NULL) { 
        errno = ENOSYS; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    return g_fs->fsFops->Fstat(fd, buf); 
} 
 
...... 
 
int LOS_Mkdir(const char *path, mode_t mode) 
{ 
    if (g_fs == NULL) { 
        errno = ENODEV; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    if (g_fs->fsFops == NULL || g_fs->fsFops->Mkdir == NULL) { 
        errno = ENOSYS; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    return g_fs->fsFops->Mkdir(path, mode); 
} 
 
DIR *LOS_Opendir(const char *dirName) 
{ 
    if (g_fs == NULL) { 
        errno = ENODEV; 
        return NULL; 
    } 
    if (g_fs->fsFops == NULL || g_fs->fsFops->Opendir == NULL) { 
        errno = ENOSYS; 
        return NULL; 
    } 
    return g_fs->fsFops->Opendir(dirName); 
} 
...... 

3.3 隨機(jī)數(shù)文件

文件/dev/random可以用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。在開(kāi)啟宏LOSCFG_RANDOM_DEV時(shí)，LiteOS-M支持隨機(jī)數(shù)文件。從⑴處可知隨機(jī)數(shù)依賴文件~/openharmony/base/security/huks/interfaces/innerkits/huks_lite/hks_client.h和hks_tmp_client.c，這些文件用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。⑵處定義的RANDOM_DEV_FD和RANDOM_DEV_PATH分別是隨機(jī)數(shù)文件的文件描述符和隨機(jī)數(shù)文件路徑。

    #ifdef LOSCFG_RANDOM_DEV 
⑴  #include "hks_client.h" 
⑵  #define RANDOM_DEV_FD  CONFIG_NFILE_DESCRIPTORS + CONFIG_NSOCKET_DESCRIPTORS 
    #define RANDOM_DEV_PATH  "/dev/random" 
    #endif 

3.3.1 隨機(jī)LOS_Open和LOS_Close

該函數(shù)打開(kāi)一個(gè)文件，獲取文件描述符用于進(jìn)一步操作。⑴處表示對(duì)于隨機(jī)數(shù)文件，打開(kāi)的標(biāo)簽選項(xiàng)只能支持指定的這些，否則會(huì)返回錯(cuò)誤碼。⑵處獲取標(biāo)準(zhǔn)路徑，如果獲取失敗，返回錯(cuò)誤碼。⑶處比較獲取的標(biāo)準(zhǔn)路徑是否為RANDOM_DEV_PATH，在確認(rèn)是隨機(jī)數(shù)路徑時(shí)，⑷處開(kāi)始判斷。如果訪問(wèn)模式為只讀，返回錯(cuò)誤，如果打開(kāi)選項(xiàng)標(biāo)簽是目錄，返回錯(cuò)誤。如果不是上述錯(cuò)誤情形，返回隨機(jī)數(shù)文件描述符。⑸處如果獲取的標(biāo)準(zhǔn)路徑為“/”或“/dev”，則根據(jù)不同的選項(xiàng)，返回不同的錯(cuò)誤碼。

int LOS_Open(const char *path, int oflag, ...) 
{ 
#ifdef LOSCFG_RANDOM_DEV 
    unsigned flags = O_RDONLY | O_WRONLY | O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT | O_LARGEFILE | O_TRUNC | O_EXCL | O_DIRECTORY; 
⑴  if ((unsigned)oflag & ~flags) { 
        errno = EINVAL; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
 
    size_t pathLen = strlen(path) + 1; 
    char *canonicalPath = (char *)malloc(pathLen); 
    if (!canonicalPath) { 
        errno = ENOMEM; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
⑵  if (GetCanonicalPath(NULL, path, canonicalPath, pathLen) == 0) { 
        FREE_AND_SET_NULL(canonicalPath); 
        errno = ENOMEM; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
 
⑶  if (strcmp(canonicalPath, RANDOM_DEV_PATH) == 0) { 
        FREE_AND_SET_NULL(canonicalPath); 
⑷      if ((O_ACCMODE & (unsigned)oflag) != O_RDONLY) { 
            errno = EPERM; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        if ((unsigned)oflag & O_DIRECTORY) { 
            errno = ENOTDIR; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        return RANDOM_DEV_FD; 
    } 
⑸  if (strcmp(canonicalPath, "/") == 0 || strcmp(canonicalPath, "/dev") == 0) { 
        FREE_AND_SET_NULL(canonicalPath); 
        if ((unsigned)oflag & O_DIRECTORY) { 
            errno = EPERM; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        errno = EISDIR; 
        return FS_FAILURE; 
    } 
    FREE_AND_SET_NULL(canonicalPath); 
#endif 
...... 
} 

對(duì)于隨機(jī)數(shù)文件，關(guān)閉時(shí)，直接返回成功，不需要額外操作。代碼片段如下：

int LOS_Close(int fd) 
{ 
#ifdef LOSCFG_RANDOM_DEV 
    if (fd == RANDOM_DEV_FD) { 
        return FS_SUCCESS; 
    } 
#endif 
...... 
} 

3.3.2 隨機(jī)LOS_Read和LOS_Write

隨機(jī)數(shù)文件讀寫(xiě)使用LOS_Read和LOS_Write接口。讀取時(shí)，⑴處先對(duì)傳入?yún)?shù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果讀取字節(jié)數(shù)為0，則返回0;如果讀取的緩存地址為空，返回-1;如果讀的字節(jié)大于1024，則使用1024。⑵處調(diào)用hks_generate_random()產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。由于隨機(jī)數(shù)文件是只讀的，如果嘗試寫(xiě)入會(huì)返回-1錯(cuò)誤碼。

ssize_t LOS_Read(int fd, void *buf, size_t nbyte) 
{ 
#ifdef LOSCFG_RANDOM_DEV 
    if (fd == RANDOM_DEV_FD) { 
⑴      if (nbyte == 0) { 
            return FS_SUCCESS; 
        } 
        if (buf == NULL) { 
            errno = EINVAL; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        if (nbyte > 1024) { /* 1024, max random_size */ 
            nbyte = 1024; /* hks_generate_random: random_size must <= 1024 */ 
        } 
        struct hks_blob key = {HKS_BLOB_TYPE_RAW, (uint8_t *)buf, nbyte}; 
⑵      if (hks_generate_random(&key) != 0) { 
            errno = EIO; 
            return FS_FAILURE; 
        } 
        return (ssize_t)nbyte; 
    } 
#endif 
...... 
} 
 
ssize_t LOS_Write(int fd, const void *buf, size_t nbyte) 
{ 
#ifdef LOSCFG_RANDOM_DEV 
    if (fd == RANDOM_DEV_FD) { 
        errno = EBADF; /* "/dev/random" is readonly */ 
        return FS_FAILURE; 
    } 
#endif 
...... 
} 

小結(jié)

本文介紹了VFS的結(jié)構(gòu)體和全局變量，分析了下VFS文件操作接口，對(duì)于隨機(jī)數(shù)文件也進(jìn)行了分析。

想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：

51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)

https://harmonyos.51cto.com