jffs文件系统分析

摘要：本文主要分析了uclinux 2.4内核的jffs文件系统机制。希望能对基于uclinux开发产品的广大工程师有所帮助。
关键词：uclinux vfs jffs
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一、flash读写的特殊性
对于嵌入式系统，flash是很常见的一种设备，而大部分的嵌入式系统都是把文件系统建立在flash之上，由于对flash操作的特殊性，使得在flash上的文件系统和普通磁盘上的文件系统有很大的差别，对flash操作的特殊性包括：
（1） 不能对单个字节进行擦除，最小的擦写单位是一个block，有时候也称为一个扇区。典型的一个block的大小是64k。不同的flash会有不同，具体参考flash芯片的规范。
（2） 写操作只能对一个原来是空（也就是该地址的内容是全f）的位置操作，如果该位置非空，写操作不起作用，也就是说如果要改写一个原来已经有内容的空间，只能是读出该sector到ram，在ram中改写，然后写整个sector。
由于这些特殊写，所以在flash这样的设备上建立文件也有自己独特的特点，下面我们就以jffs为例进行分析。
二、jffs体系结构介绍
1、存储结构
在jffs中，所有的文件和目录是一样对待的，都是用一个jffs_raw_inode来表示
整个flash上就是由一个一个的raw inode排列组成，一个目录只有一个raw inode，对于文件则是由一个或多个raw inode组成。
2、文件组成
在文件系统mount到flash设备上的时候，会扫描flash，从而根据flash上的所有属于一个文件的raw inode建立一个jffs_file结构以及node list。
下面的图显示了一个文件的组成
一个文件是由若干个jffs_node组成，每一个jffs_node是根据flash上得jffs_raw_inode而建立的，jffs_file主要维护两个链表
版本链表：主要是描述该node创建的早晚，就是说version_head指向的是一个最老的node，也就意味着垃圾回收的时候最该回收的就是这个最老的node。
区域链表：这个链表主要是为读写文件创建的，version_head指向的node代表的文件数据区域是0~~~n-1 之后依次的节点分别是 n~~~m-1 m~~~~o-1 …….其中n
3、操作
对文件的读操作应该是比较简单，但是写操作，包括更改文件名等操作都是引起一个新的jffs_node的诞生，同时要写一个相映的raw inode到flash上，这样的操作有可能导致前面的某个jffs_node上面的数据完全失效，从而导致对应flash上的raw inode的空间成为dirty。
下面举一个例子可能会更清楚一些。
一个文件的range list是由上面的三个jffs_node组成，当我们做如下写操作的时候
lseek( fd, 10, SEEK_SET );
write( fd, buf,40 );
第一个和最后一个node被截短了，第二个node完全被新数据替换，该node会从链表上摘下来，flash上空间变成dirty。如果做如下写操作的时候
lseek( fd, 23, SEEK_SET );
write( fd, buf,5 );
此时，第二个node被分裂成两个node，同时产生一个新的node，range链表的元素变成五个。
4、垃圾回收
我们的flash上的内容基本上是有两种情况，一种是前面一段是used，后面是free的，还有一个是中间一段是used，flash的开始和底部都是free的，但是不管如何，如果符合了垃圾回收的条件，就要启动垃圾回收。Used的空间中，有一部分是我们真正需要的数据，还有一部分由于我们的对文件的写，删除等操作而变成dirty的空间，我们垃圾回收的目标就是把这些dirty的空间变成free的，从而可以继续使用。
Used的空间是有一个个的jffs_fm的链表组成，垃圾回收也总是从used的最顶部开始，如果jffs_fm不和任何的jffs_node相关，那么我们就认为jffs_fm代表的这块flash空间是dirty的，找到了完整的至少一个sector的dirty空间，就可以把这个sector擦掉，从而增加一个sector的free空间。
三、数据结构分析
这些结构不会是每一个成员变量都作解释，有的英语注释说的很清楚了，有些会在下面的相关的代码解释
1、struct jffs_control
/* A struct for the overall file system control. Pointers to
jffs_control structs are named `c‘ in the source code. */
struct jffs_control
{
struct super_block *sb; /* Reference to the VFS super block. */
struct jffs_file *root; /* The root directory file. */
struct list_head *hash; /* Hash table for finding files by ino. */
struct jffs_fmcontrol *fmc; /* Flash memory control structure. */
__u32 hash_len; /* The size of the hash table. */
__u32 next_ino; /* Next inode number to use for new files. */
__u16 building_fs; /* Is the file system being built right now? */
struct jffs_delete_list *delete_list; /* Track deleted files. */
pid_t thread_pid; /* GC thread‘s PID */
struct task_struct *gc_task; /* GC task struct */
struct completion gc_thread_comp; /* GC thread exit mutex */
__u32 gc_minfree_threshold; /* GC trigger thresholds */
__u32 gc_maxdirty_threshold;
__u16 gc_background; /* GC currently running in background */
};
解释：
（1）为了快速由inode num找到文件的struct jffs_file结构，所以建立了长度为hash_len的哈西表，hash指向了该哈西表
（2）在jffs中，不论目录还是普通文件，都有一个struct jffs_file结构表示，成员变量root代表根文件。
（3）成员变量delete_list是为了删除文件而建立，只是在将文件系统mount到设备上而扫描flash的时候使用。
（4）文件号最小是1，分配给了根，此后，每创建一个文件next_no就会加一。当文件删除之后，也不会回收文件号，毕竟当next_no到达最大值的时候，flash恐怕早就挂拉。
2、struct jffs_fmcontrol
很显然，这是一个描述整个flash使用情况的结构
struct jffs_fmcontrol
{
__u32 flash_size;
__u32 used_size;
__u32 dirty_size;
__u32 free_size;
__u32 sector_size;
__u32 min_free_size; /* The minimum free space needed to be able
to perform garbage collections. */
__u32 max_chunk_size; /* The maximum size of a chunk of data. */
struct mtd_info *mtd; //指向mtd设备
struct jffs_control *c;
struct jffs_fm *head;
struct jffs_fm *tail;
struct jffs_fm *head_extra;
struct jffs_fm *tail_extra;
struct semaphore biglock;
};
解释：
（1）整个flash上的空间=flash_size，已经使用了used_size的空间，在used_size中一共有dirty_size是dirty的，dirty也就是说在垃圾回收的时候可以回收的空间，free_size是你能够使用的flash上的空间
（2）整个flash上的所有used_size是通过一个struct jffs_fm的链表来管理的，head和tail分别指向了最老和最新的flash chunk
（3）head_extra和tail_extra是在扫描flash的时候使用
（4）jffs中，对一个节点的数据块的大小是有限制的，最大是max_chunk_size
3、struct jffs_fm
/* The struct jffs_fm represents a chunk of data in the flash memory. */
struct jffs_fm
{
__u32 offset; //在flash中的偏移
__u32 size; //大小
struct jffs_fm *prev; //形成双向链表
struct jffs_fm *next;
struct jffs_node_ref *nodes; /* USED if != 0. */
};
解释：
（1）由于对文件的多次读写，一个struct jffs_fm可能会属于多个struct jffs_node结构，所以成员变量nodes代表了所有属于同一个jffs_fm的jffs_node的链表
（2）如果nodes==NULL，说明该jffs_fm不和任何node关联，也就是说该fm表示的区域是dirty的。
4、struct jffs_node
不论文件或是目录，flash上都是用jffs_raw_inode来表示，而struct jffs_node则是其在内存中的体现
/* The RAM representation of the node. The names of pointers to
jffs_nodes are very often just called `n‘ in the source code. */
struct jffs_node
{
__u32 ino; /* Inode number. */
__u32 version; /* Version number. */
__u32 data_offset; /* Logic location of the data to insert. */
__u32 data_size; /* The amount of data this node inserts. */
__u32 removed_size; /* The amount of data that this node removes. */
__u32 fm_offset; /* Physical location of the data in the actual
flash memory data chunk. */
__u8 name_size; /* Size of the name. */
struct jffs_fm *fm; /* Physical memory information. */
struct jffs_node *version_prev;
struct jffs_node *version_next;
struct jffs_node *range_prev;
struct jffs_node *range_next;
};
解释：
（1）每一次对文件的写操作都会形成一个新的version的节点，成员变量version表明了该节点的版本号，创建第一个node的时候，verion = 1,此后由于对文件的写操作，而创建新的node的时候,version就会加一。同文件号的道理一样，version也不会回收。
（2）一个文件是由若干节点组成，这些节点组成双象链表，所以该结构中的struct jffs_node *得成员变量都是为这些双向链表而设立的
（3）data_offset是逻辑偏移，也就是文件中的偏移，而fm_offset表明该节点的数据在jffs_fm上的偏移
5、struct jffs_file
该结构代表一个文件或者目录
/* The RAM representation of a file (plain files, directories,
links, etc.). Pointers to jffs_files are normally named `f‘
in the JFFS source code. */
struct jffs_file
{
__u32 ino; /* Inode number. */
__u32 pino; /* Parent‘s inode number. */
__u32 mode; /* file_type, mode */
__u16 uid; /* owner */
__u16 gid; /* group */
__u32 atime; /* Last access time. */
__u32 mtime; /* Last modification time. */
__u32 ctime; /* Creation time. */
__u8 nsize; /* Name length. */
__u8 nlink; /* Number of links. */
__u8 deleted; /* Has this file been deleted? */
char *name; /* The name of this file; NULL-terminated. */
__u32 size; /* The total size of the file‘s data. */
__u32 highest_version; /* The highest version number of this file. */
struct jffs_control *c;
struct jffs_file *parent; /* Reference to the parent directory. */
struct jffs_file *children; /* Always NULL for plain files. */
struct jffs_file *sibling_prev; /* Siblings in the same directory. */
struct jffs_file *sibling_next;
struct list_head hash; /* hash list. */
struct jffs_node *range_head; /* The final data. */
struct jffs_node *range_tail; /* The first data. */
struct jffs_node *version_head; /* The youngest node. */
struct jffs_node *version_tail; /* The oldest node. */
};
解释：
（1）一个文件是由一系列不同的版本的节点组成的，而highest_version是最高版本。
（2）一个文件维护两个双向链表，一个反映版本的情况，一个反映文件的区域，version_head和version_tail分别指向了最老和最新的节点，range_head指向文件中逻辑偏移为0的节点，沿着该链表，可以读出整个文件的内容。
（3）在jffs中，所有的文件形成一个树，树的根是jffs_control结构中的root，它是唯一的。通过每个jffs_file中的parent，children，sibling_prev，sibling_next指针可以把所有文件（包括目录）形成一个树
6、struct jffs_raw_inode
这是真正写到flash上的一个表示文件（目录）的一个节点的结构
/* The JFFS raw inode structure: Used for storage on physical media. */
/* Perhaps the uid, gid, atime, mtime and ctime members should have
more space due to future changes in the Linux kernel. Anyhow, since
a user of this filesystem probably have to fix a large number of
other things, we have decided to not be forward compatible. */
struct jffs_raw_inode
{
__u32 magic; /* A constant magic number. */
__u32 ino; /* Inode number. */
__u32 pino; /* Parent‘s inode number. */
__u32 version; /* Version number. */
__u32 mode; /* The file‘s type or mode. */
__u16 uid; /* The file‘s owner. */
__u16 gid; /* The file‘s group. */
__u32 atime; /* Last access time. */
__u32 mtime; /* Last modification time. */
__u32 ctime; /* Creation time. */
__u32 offset; /* Where to begin to write. */
__u32 dsize; /* Size of the node‘s data. */
__u32 rsize; /* How much are going to be replaced? */
__u8 nsize; /* Name length. */
__u8 nlink; /* Number of links. */
__u8 spare : 6; /* For future use. */
__u8 rename : 1; /* Rename to a name of an already existing file? */
__u8 deleted : 1; /* Has this file been deleted? */
__u8 accurate; /* The inode is obsolete if accurate == 0. */
__u32 dchksum; /* Checksum for the data. */
__u16 nchksum; /* Checksum for the name. */
__u16 chksum; /* Checksum for the raw inode. */
};
四、jffs的挂接
1、定义jffs文件系统
static DECLARE_FSTYPE_DEV(jffs_fs_type, "jffs", jffs_read_super);
2、注册文件系统
tatic int __init init_jffs_fs(void)
这个函数主要是建立struct jffs_fm 和 struct jffs_node的专用的缓冲区队列，然后通过register_filesystem(&jffs_fs_type)注册jffs文件系统。
3、read super
当通过命令mount -t jffs /dev/mtdblock0 /mnt/flash将文件系统mount到设备上的时候，通过sys_mount系统调用进入内核，并通过具体的文件系统的read_super函数建立起vfs的各种数据结构。
/* Called by the VFS at mount time to initialize the whole file system. */
static struct super_block * jffs_read_super(struct super_block *sb, void *data, int silent)
{
kdev_t dev = sb->s_dev;
struct inode *root_inode;
struct jffs_control *c;
//jffs文件系统要求mount的设备必须是mtd
if (MAJOR(dev) != MTD_BLOCK_MAJOR) {
printk(KERN_WARNING "JFFS: Trying to mount a "
"non-mtd device.\n");
return 0;
}
sb->s_blocksize = PAGE_CACHE_SIZE; //设定块的大小
sb->s_blocksize_bits = PAGE_CACHE_SHIFT;
sb->u.generic_sbp = (void *) 0;
sb->s_maxbytes = 0xFFFFFFFF; //Maximum size of the files
//通过jffs_build_fs扫描整个flash，然后通过flash上的内容建立完整的文件树，对于jffs文件系统，所有的文件都在ram中有对应的结构，不论该文件是否打开
/* Build the file system. */
if (jffs_build_fs(sb) < 0) { //该函数下面具体分析
goto jffs_sb_err1;
}
/*
* set up enough so that we can read an inode
*/
sb->s_magic = JFFS_MAGIC_SB_BITMASK; //设置文件系统魔术
sb->s_op = &jffs_ops; //设置super block的操作方法
//jffs文件系统最小的inode number是JFFS_MIN_INO=1，这里建立根的inode结构
//对于一个表示jffs文件的inode结构，inode->u.generic_ip是指向一个表示该文件的struct jffs_file结构。通过jffs_read_inode，可以将根的inode设置好，包括上面的inode->u.generic_ip，还有inode->i_op inode->i_fop
root_inode = iget(sb, JFFS_MIN_INO);
if (!root_inode)
goto jffs_sb_err2;
//这里建立根的dentry结构
/* Get the root directory of this file system. */
if (!(sb->s_root = d_alloc_root(root_inode))) {
goto jffs_sb_err3;
}
//获得sb中jffs_control的指针
c = (struct jffs_control *) sb->u.generic_sbp;
/* Set the Garbage Collection thresholds */
//当flash上的free size小于gc_minfree_threshold的时候，会启动垃圾回收，以便释放一些空间
/* GC if free space goes below 5% of the total size */
c->gc_minfree_threshold = c->fmc->flash_size / 20;
if (c->gc_minfree_threshold < c->fmc->sector_size)
c->gc_minfree_threshold = c->fmc->sector_size;
//当flash上的dirty size大于gc_maxdirty_threshold的时候，会启动垃圾回收，以便释放一些空间
/* GC if dirty space exceeds 33% of the total size. */
c->gc_maxdirty_threshold = c->fmc->flash_size / 3;
if (c->gc_maxdirty_threshold < c->fmc->sector_size)
c->gc_maxdirty_threshold = c->fmc->sector_size;
//启动垃圾回收的内核线程
c->thread_pid = kernel_thread (jffs_garbage_collect_thread,
(void *) c,
CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND);
return sb;
}
4、初始化fs，建立文件树
/* This is where the file system is built and initialized. */
int jffs_build_fs(struct super_block *sb)
{
struct jffs_control *c;
int err = 0;
//创建jffs_control和jffs_fmcontrol结构，并初始化jffs_control中的哈西表，根据mount的mtd设备，初始化jffs_fmcontrol
if (!(c = jffs_create_control(sb->s_dev))) {
return -ENOMEM;
}
c->building_fs = 1; //标示目前正在building fs
c->sb = sb;
//通过jffs_scan_flash扫描整个flash，建立相关的fs的结构，下面会详细分析
if ((err = jffs_scan_flash(c)) < 0) {
if(err == -EAGAIN){
//如果发现flipping bits，则重新扫描，所谓flipping bits是由于在erase sector的时候，突然断电而造成flash上该扇区内容不确定
jffs_cleanup_control(c); //清除发现flipping bits之前创建的结构
if (!(c = jffs_create_control(sb->s_dev))) {
return -ENOMEM;
}
c->building_fs = 1;
c->sb = sb;
if ((err = jffs_scan_flash(c)) < 0) { //重新扫描
goto jffs_build_fs_fail;
}
}else{
goto jffs_build_fs_fail;
}
}
//在flash上有所有文件和目录的jffs_raw_inode结构，但是没有根文件的结点，所以我们一般要通过jffs_add_virtual_root手动创建根文件的相关结构。jffs_find_file是通过inode number在哈西表中查找该jffs_file
if (!jffs_find_file(c, JFFS_MIN_INO)) {
if ((err = jffs_add_virtual_root(c)) < 0) {
goto jffs_build_fs_fail;
}
}
//由于各种原因，扫描结束后，可能有些文件是要删除的，下面的代码执行删除任务
while (c->delete_list) {
struct jffs_file *f;
struct jffs_delete_list *delete_list_element;
if ((f = jffs_find_file(c, c->delete_list->ino))) {
f->deleted = 1;
}
delete_list_element = c->delete_list;
c->delete_list = c->delete_list->next;
kfree(delete_list_element);
}
//有些节点被标记delete，那么我们要去掉这些deleted nodes
if ((err = jffs_foreach_file(c, jffs_possibly_delete_file)) < 0) {
printk(KERN_ERR "JFFS: Failed to remove deleted nodes.\n");
goto jffs_build_fs_fail;
}
//去掉redundant nodes
jffs_foreach_file(c, jffs_remove_redundant_nodes);
//从扫描的所有的jffs_node 和 jffs_file 结构建立文件树
if ((err = jffs_foreach_file(c, jffs_insert_file_into_tree)) < 0) {
printk("JFFS: Failed to build tree.\n");
goto jffs_build_fs_fail;
}
//根据每一个文件的版本链表，建立文件的区域链表
if ((err = jffs_foreach_file(c, jffs_build_file)) < 0) {
printk("JFFS: Failed to build file system.\n");
goto jffs_build_fs_fail;
}
//建立vfs和具体文件系统的关系
sb->u.generic_sbp = (void *)c;
c->building_fs = 0; //标示building fs 结束
return 0;
jffs_build_fs_fail:
jffs_cleanup_control(c);
return err;
} /* jffs_build_fs() */
5、扫描flash
jffs_scan_flash是一个很长的函数，下面我们只是描述函数的结构
static int jffs_scan_flash(struct jffs_control *c)
{
pos = 0 //pos 表示当前flash上扫描的位置
通过check_partly_erased_sectors函数检查flipping bits
while (读到flash最后一个byte) {
//从当前位置读从一个u32
switch (flash_read_u32(fmc->mtd, pos)) {
case JFFS_EMPTY_BITMASK:
如果读到的字节是JFFS_EMPTY_BITMASK也就是0xffffffff，那么该位置上flash是free的，我们还没有使用它，接着就会用一个4k的buffer去读直到不是JFFS_EMPTY_BITMASK的位置停止。
case JFFS_DIRTY_BITMASK:
如果读到的字节是JFFS_DIRTY_BITMASK也就是0x00000000，那么读出所有的连续的0x00000000,分配一个jffs_fm结构表示该区域，但是jffs_fm->nodes为空，也就是标示该区域为dirty，并把该jffs_fm连接到jffs_fmcontrol的双向链表中。一般这种区域是由于到了flash的末尾，剩余的空间不够写一个jffs_raw_inode结构，所以全部写0
case JFFS_MAGIC_BITMASK:
找到一个真正的jffs_raw_inode结构，将该raw indoe 读出来，如果是一个bad raw inode(例如校验错误等等），那么分配一个jffs_fm结构表示该区域，但是jffs_fm->nodes为空，也就是标示该区域为dirty；如果是一个good inode，那么建立jffs_node结构和jffs_fm结构，并把该jffs_fm连接到jffs_fmcontrol的双向链表中，然后把jffs_node插入到jffs_file的version list中，表明该node的文件的jffs_file结构先通过哈西表查找，如果没有则创建，一般来说，如果这个jffs_node是扫描到的该文件的第一个节点，那么就需要创建jffs_file结构，此后就可以通过哈西表找到该jffs_file结构。
}
}
解释：
（1）通过上面的循环，可以建立所有的文件的jffs_file结构，并且version list已经建好，但是range list还没有建立，文件还不能正常读写
（2）通过上面的循环，可以建立表示flash使用情况的jffs_fmcontrol结构，并且所有的used_size都已经通过jffs_fm联接成链表。
}
五、文件打开
本身文件的打开对jffs文件系统下的文件是没有什么实际的意义，因为在mount的时候就会scan整个flash而建立文件树，所有的文件都其实是打开的了。需要留意的是：
1、创建一个文件
可以通过open函数创建一个文件，只要设定相映的flag。本操作是通过jffs_create完成，很显然，该函数最直观的效果是向flash写入一个jffs_raw_inode及其文件名，当然也要维护文件树的完整性。
static int jffs_create(struct inode *dir, struct dentry *dentry, int mode)
{
//获得create文件的那个目录的jffs_file结构，我们前面说过inode结构的inode->u.generic_ip指向她的jffs_file结构。
dir_f = (struct jffs_file *)dir->u.generic_ip;
c = dir_f->c;
//分配一jffs_node的结构，该结构是该jffs_file的第一个node
if (!(node = jffs_alloc_node())) {
D(printk("jffs_create(): Allocation failed: node == 0\n"));
return -ENOMEM;
}
down(&c->fmc->biglock);
node->data_offset = 0;
node->removed_size = 0;
//初始化向flash上写的jffs_raw_inode结构
raw_inode.magic = JFFS_MAGIC_BITMASK;
raw_inode.version = 1; //第一个version是一
。。。略过部分代码
raw_inode.deleted = 0;
//将raw inode 和文件名写进flash
if ((err = jffs_write_node(c, node, &raw_inode,
dentry->d_name.name, 0, 0, NULL)) < 0) {
D(printk("jffs_create(): jffs_write_node() failed.\n"));
jffs_free_node(node);
goto jffs_create_end;
}
//在jffs_insert_node中，建立jffs_file和这个新产生的node的关系
if ((err = jffs_insert_node(c, 0, &raw_inode, dentry->d_name.name,
node)) < 0) {
goto jffs_create_end;
}
/* Initialize an inode. */
inode = jffs_new_inode(dir, &raw_inode, &err);
if (inode == NULL) {
goto jffs_create_end;
}
err = 0;
//设定各种操作函数集合
inode->i_op = &jffs_file_inode_operations;
inode->i_fop = &jffs_file_operations;
inode->i_mapping->a_ops = &jffs_address_operations;
inode->i_mapping->nrpages = 0;
d_instantiate(dentry, inode);
} /* jffs_create() */
2、jffs_lookup
在打开文件的过程中，需要在目录中搜索，这里调用jffs_lookup
static struct dentry *
jffs_lookup(struct inode *dir, struct dentry *dentry)
{
struct jffs_control *c = (struct jffs_control *)dir->i_sb->u.generic_sbp;
struct inode *inode = NULL;
len = dentry->d_name.len;
name = dentry->d_name.name;
down(&c->fmc->biglock);
r = -ENAMETOOLONG;
if (len > JFFS_MAX_NAME_LEN) { //名字是否超过jffs要求的最大值
goto jffs_lookup_end;
}
r = -EACCES;
//获得目录的jffs_file结构
if (!(d = (struct jffs_file *)dir->u.generic_ip)) {
D(printk("jffs_lookup(): No such inode! (%lu)\n",
dir->i_ino));
goto jffs_lookup_end;
}
//下面的用注视代替了原码
if ((len == 1) && (name[0] == ‘.‘)) {
处理当前目录.的情况，因为目录的jffs_file已经找到，所以直接调用iget找到它的inode结构
} else if ((len == 2) && (name[0] == ‘.‘) && (name[1] == ‘.‘)) {
处理..的情况，上层目录的文件号可以通过jffs_file的pino找到，所以调用iget找到它上层目录的inode结构
} else if ((f = jffs_find_child(d, name, len))) {
正常情况，通过jffs_find_child找到该文件的jffs_file结构，也就找到了文件号，于是可以通过iget函数根据文件号找到该文件的inode结构
} else {
找不到文件
}
//维护vfs结构的一致性
d_add(dentry, inode);
up(&c->fmc->biglock);
return NULL;
} /* jffs_lookup() */
3、truncate
对于truncate，是通过jffs_setattr实现，此处掠过
4、generic_file_open
一般的文件打开是调用generic_file_open。
六、文件读写
对jffs的文件的读写是使用page cache的，jffs层上具体的读函数使用了通用的generic_file_open，address_space结构描述了page cache中的页面，对于页面的操作，jffs是这样定义的
static struct address_space_operations jffs_address_operations = {
readpage: jffs_readpage,
prepare_write: jffs_prepare_write,
commit_write: jffs_commit_write,
};
static int jffs_readpage(struct file *file, struct page *page)
{
这个函数很简单，通过jffs_read_data读出一个页面大小的内容
}
int jffs_read_data(struct jffs_file *f, unsigned char *buf, __u32 read_offset,
__u32 size)
{
//写的偏移不能大于文件的大小
if (read_offset >= f->size) {
D(printk(" f->size: %d\n", f->size));
return 0;
}
//首先要沿着range list找到该offset所在的node
node = f->range_head;
while (pos <= read_offset) {
node_offset = read_offset - pos;
if (node_offset >= node->data_size) {
pos += node->data_size;
node = node->range_next;
}
else {
break;
}
}
//下面的循环读入缓冲区
while (node && (read_data < size)) {
int r;
if (!node->fm) {
/* This node does not refer to real data. */
r = min(size - read_data,
node->data_size - node_offset);
memset(&buf[read_data], 0, r);
}
从offset所在的node开始，读出一个页面的数据，根据node的data_size的大小，可能一个node就高定，也许要读一系列的node
else if ((r = jffs_get_node_data(f, node, &buf[read_data],
node_offset,
size - read_data,
f->c->sb->s_dev)) < 0) {
return r;
}
read_data += r;
node_offset = 0;
node = node->range_next;
}
return read_data;
}
对于jffs_prepare_write，只是保证该页面是正确的，如果需要更新，那末就重新读入该页
static ssize_t jffs_prepare_write(struct file *filp, struct page *page,
unsigned from, unsigned to)
{
if (!Page_Uptodate(page) && (from || to < PAGE_CACHE_SIZE))
return jffs_do_readpage_nolock(filp, page);
return 0;
} /* jffs_prepare_write() */
static ssize_t jffs_commit_write(struct file *filp, struct page *page,
unsigned from, unsigned to)
{
void *addr = page_address(page) + from;
loff_t pos = (page->index<
return jffs_file_write(filp, addr, to-from, &pos);
} /* jffs_commit_write() */
static ssize_t jffs_file_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
err = -EINVAL;
//检查是否是正规文件
if (!S_ISREG(inode->i_mode)) {
D(printk("jffs_file_write(): inode->i_mode == 0x%08x\n",
inode->i_mode));
goto out_isem;
}
//只要是正常打开的文件inode->u.generic_ip应该指向她的jffs_file结构
if (!(f = (struct jffs_file *)inode->u.generic_ip)) {
D(printk("jffs_file_write(): inode->u.generic_ip = 0x%p\n",
inode->u.generic_ip));
goto out_isem;
}
c = f->c;
//因为对文件node的大小有限制，所以如果写的数目非常大，那么我们会产生若干个node来完成一次的写操作，this_count就是本次写操作的数据量
thiscount = min(c->fmc->max_chunk_size - sizeof(struct jffs_raw_inode), count);
//通过一个while循环，完成所有的写操作
while (count) {
//分配一个jffs_node结构
if (!(node = jffs_alloc_node())) {
err = -ENOMEM;
goto out;
}
//设定该node的在整个文件的逻辑偏移
node->data_offset = pos;
node->removed_size = 0;
//初始化raw_node
raw_inode.magic = JFFS_MAGIC_BITMASK;
。。。。略过部分代码
raw_inode.deleted = 0;
//我们在某一个文件偏移位置写入数据，除非是在文件末尾，要不然的话，我们需要覆盖调部分内容，remove_size指明了该node要覆盖的数据的大小，也就是说从该文件偏移处起，前面节点的remove_size大小的空间要被remove，数据将被新的node代替。
if (pos < f->size) {
node->removed_size = raw_inode.rsize = min(thiscount, (__u32)(f->size - pos));
}
//通过jffs_write_node将jffs_raw_inode 文件名 数据写入flash
if ((err = jffs_write_node(c, node, &raw_inode, f->name,
(const unsigned char *)buf,
recoverable, f)) < 0) {
jffs_free_node(node);
goto out;
}
//调整位置
written += err;
buf += err;
count -= err;
pos += err;
//将新生成的node插入到jffs_file结构的node list中
if ((err = jffs_insert_node(c, f, &raw_inode, 0, node)) < 0) {
goto out;
}
thiscount = min(c->fmc->max_chunk_size - sizeof(struct jffs_raw_inode), count);
}
out:
up(&c->fmc->biglock);
//更新vfs结构上的信息
if (pos > inode->i_size) {
inode->i_size = pos;
inode->i_blocks = (inode->i_size + 511) >> 9;
}
inode->i_ctime = inode->i_mtime = CURRENT_TIME;
//将该文件的inode挂入sb的dirty list
mark_inode_dirty(inode);
invalidate_inode_pages(inode);
out_isem:
return err;
} /* jffs_file_write() */
七、垃圾回收
1、垃圾回收的内核线程
int jffs_garbage_collect_thread(void *ptr)
{
//主循环
for (; {
//看看是否需要睡眠，一般有两种情况，一种是自由空间的数量 < MIN_FREE_BYTES 同时至少有一个sector的flash空间是dirty的，还有一种情况是dirty空间的数量 > MAX_DIRTY_BYTES
if (!thread_should_wake(c))
set_current_state (TASK_INTERRUPTIBLE);
//我们垃圾回收的内核线程优先级很低，调用schedule看一看是否有其他进程的可以调度
schedule();
//信号处理部分
while (signal_pending(current)) {
switch(signr) {
case SIGSTOP:
set_current_state(TASK_STOPPED);
schedule();
break;
case SIGKILL:
c->gc_task = NULL;
complete_and_exit(&c->gc_thread_comp, 0);
case SIGHUP:
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule_timeout(2*HZ);
break;
}
}
down(&fmc->biglock);
c->gc_background = 1;
//如果从垃圾回收点处开始，有全部是dirty的sector，那么将通过jffs_try_to_erase将该扇区擦除，变为free
if ((erased = jffs_try_to_erase(c)) < 0) {
printk(KERN_WARNING "JFFS: Error in "
"garbage collector: %ld.\n", erased);
}
//只要至少擦掉一个sector，我们就结束gc thread
if (erased)
goto gc_end;
//如果自由空间等于0，没办法拉，只好自杀
if (fmc->free_size == 0) {
send_sig(SIGQUIT, c->gc_task, 1);
goto gc_end;
}
//如果执行到此处，则说明具备垃圾回收的条件，但是从垃圾回收点处开始的那一个sector不是完全dirty的，需要搬移部分的raw inode
if ((result = jffs_garbage_collect_next(c)) < 0) {
printk(KERN_ERR "JFFS: Something "
"has gone seriously wrong "
"with a garbage collect: %d\n", result);
}
//至此至少回收了一个sector 本次任务结束，继续睡眠
gc_end:
c->gc_background = 0;
up(&fmc->biglock);
} /* for (; */
} /* jffs_garbage_collect_thread() */