C Linux系统调用如何与文件系统交互

最近我遇到了这样的练习：

给定Linux C语言程序中的系统调用序列：

考虑到4 KB的块大小和4字节的索引块指针，绘制通过这些操作修改的文件系统数据结构和磁盘块

对于第一次系统调用（

open

），我了解了它是如何工作的，并以这种方式对其进行了模式化：

现在，跳过绘图部分（我意识到这将很难回答），我想了解

lseek

和

write

在索引节点和索引块（无论它们是什么）方面是如何工作的

---

我试图计算出

lseek

计算正确的inode（块大小已知），但仍然不知道它实际上是如何工作的。

在Linux中，这些系统调用与虚拟文件系统（VFS）交互。VFS在实际文件系统上构建了一个抽象，它定义了一些有用的数据结构来组织文件系统

• 索引节点表示磁盘上的真实文件。通过inode结构不仅可以访问inode块，还可以访问磁盘上的数据块
• 目录条目表示路径的一部分。d_条目并不总是指磁盘上的真实文件。如果它引用磁盘上的目录，则会有一个指向目录文件的inode结构的指针
• 文件表示进程打开的文件。结构中还有一个指向其d_项的指针

以下是

文件

结构的片段：

struct file {
    // ... other attributes
    struct path     f_path;
    #define f_dentry    f_path.dentry
    #define f_vfsmnt    f_path.mnt
    const struct file_operations    *f_op;
};
struct file_operations {
    // ... other operations
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
}

这些对象都有一个操作列表字段。VFS定义这些操作，底层文件系统实现这些操作或使用VFS提供的常规实现

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Syscall

open（）

创建file对象，其他系统调用如

lseek（）

只需获取

file

对象（通过Fd）并调用操作列表中相应的函数，如

write（）

将调用

f->f_op->write（f…）

，然后文件系统可以按照

文件->数据项->索引节点
路径访问磁盘上的文件
 
open（）
确定inode-其他函数使用该信息。您需要一个打开的文件描述符表和一个打开的文件描述表（这可能就是您所说的“文件表”，但我不确定）。描述（与描述符相反）保存寻道偏移量（文件中的当前位置）。一般来说，多个描述符可以引用一个描述-这些描述符不必都在同一个过程中，尽管在您的示例代码中，只涉及一个过程。这是有意义的。因此，lseek只需更改描述表中的当前偏移量，然后搜索正确的块（如果有）？
lseek（）
不搜索正确的块；不需要。这是下一个需要跟踪块的I/O操作，与移动操作相反。例如，您可以查找文件当前结尾以外的路径。接下来会发生什么取决于您是读（EOF）还是写（写入新材料，任何跳过的块都被视为所有字节零；包含当前EOF的最后一个块的尾部和当前块的开头可能需要强制归零）。不能从开始处使用负偏移量，否则，
lseek（）
会成功（取决于类型限制）。
struct file {
    // ... other attributes
    struct path     f_path;
    #define f_dentry    f_path.dentry
    #define f_vfsmnt    f_path.mnt
    const struct file_operations    *f_op;
};
struct file_operations {
    // ... other operations
    struct module *owner;
    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
}