用户态文件系统fuse学习_用户级文件系统

2.内核模块

内核模块由2个部分组成：

第一个是proc文件系统组件（在kernel/dev.c中）；

第二个是文件系统调用（kernel/file.c、kernel/inode.c、kernel/dir.c）。 
kernel/file.c、kernel/inode.c、kernel/dir.c中的所有系统调用要么调用request_send()，要么调用request_send_noreply()或者request_send_nonblock()。大部分都是调用request_send()函数，它添加请求到“list of request”结构体（fc->pending）,然后等待一个响应。request_send_noreply()和request_send_nonblock()与request_send(）函数相似，除了是非阻塞的和不响应一个回复。 
kernel/dev.c中的proc文件系统组件响应文件IO请求，fuse_dev_read()处理文件读，并从请求列表结构体（list of requests）返回命令到调用程序。fuse_dev_write()处理文件写， 完成数据写并放入req->out结构体（它能返回系统调用通过请求列表结构体和request_send()函数）， 

用户进程和操作系统进行交互（read文件为例）：

该fuse文件系统挂载在现有ext4文件系统之上. 

1.一个用户进程发出read文件请求； 
2.该请求被转换为一个内核系统调用，内核VFS层调用fuse文件系统内核模块； 
3.fuse 内核模块通过/dev/fuse，将read请求传递到fuse 用户态进程； 
4.fuse daemon根据用户实现的read接口，产生新的系统调用，最终调用ext4文件系统的read操作函数，从存储介质中提取读操作要求的数据（page cache中有，直接从其中获取，否则读磁盘）； 
5.内核将数据返回给fuse文件系统； 
6.用户级文件系统再次调用内核操作，把数据返回给用户进程； 
7.内核将数据传给用户进程完成操作。

库函数fuse_main()具体处理流程：

1.先打开设备文件/dev/fuse； 
2.然后挂载FUSE文件系统； 
3.产生FUSE文件系统指针； 
4.初始化FUSE文件系统的操作函数集： 
5.初始化信号处理函数集； 
6.进入等待循环： 
从设备文件/dev/fuse中读取来自内核模块的请求； 
运行相应的操作函数，并获取返回结果； 
将返回给内核的应答结果写入设备文件/dev/fuse中；

注意

fuse本质上（数据处理时）是处于现有文件系统之上的（具体实现是和现有文件系统处于同一个层次的），fuse不参与底层磁盘数据的存取，只负责处理对读取和写入的数据在逻辑上的操作而已。

安装使用fuse

软件包下载https://github.com/libfuse/libfuse/releases： 
下载软件包，解压后，编译安装。

  
  

   
   

    
    ./configure
   
   

   
   

    
    make
   
   

   
   

    
    make install
   
   

  
  

解压后的目录中有名为example的目录，其中有fuse自带的几种fuse用户态实现例子，可以运行其进行测试。 
fuse安装完后，该目录中的文件也已经编译成功，只需运行即可（目录dir为挂载点，挂载成功后，在该目录中对文件的操作就会调用fuse自己实现的操作函数）：

  
  

   
   

    
    //example/hello.c 部分代码，主要实现文件系统的取文件属性、打开目录、读文件、打开文件
   
   

   
   

    
    static struct fuse_operations hello_oper = {    //文件操作函数，为回调函数
   
   

   
   

    
            .getattr        = hello_getattr,
   
   

   
   

    
            .readdir        = hello_readdir,
   
   

   
   

    
            .open           = hello_open,
   
   

   
   

    
            .read           = hello_read,
   
   

   
   

    
    };
   
   

   
   

    
     
   
   

   
   

    
    int main(int argc, char *argv[])
   
   

   
   

    
    {
   
   

   
   

    
            return fuse_main(argc, argv, &hello_oper, NULL); //主函数，会调用文件操作结构体
   
   

   
   

    
    }
   
   

  
  

  
  

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ mkdir dir    //创建挂载点
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ ./hello dir   //将hello fuse文件系统挂载在dir目录上
   
   

  
  

根据目前实现的四个功能进行测试如下：

  
  

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ ls
   
   

   
   

    
    hello
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ cat hello 
   
   

   
   

    
    Hello World!
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ ls -l hello 
   
   

   
   

    
    -r--r--r-- 1 root root 13 12月 31  1969 hello
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ rm -fr hello 
   
   

   
   

    
    rm: cannot remove ‘hello’: Function not implemented
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ touch test
   
   

   
   

    
    touch: cannot touch ‘test’: Function not implemented
   
   

   
   

    
    ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/dir$ mkdir test
   
   

   
   

    
    mkdir: cannot create directory ‘test’: Function not implemented
   
   

  
  

由测试可以发现在dir目录中只能对文件进行实现的四个功能的操作，其他的操作都无法完成，会提示用户函数没有实现。 
ty@ubuntu:~/program/fuse/fuse-2.9.6/example/$ dirfusermount -u dir //卸载fuse文件系统dir