LV200-open函数简介

前面大概已经了解了文件描述符分配的相关内容。那么这个文件描述符对应哪个设备？这个的关联就是 open 函数去做的啦。

一、open 函数？

1. open 怎么使用

我们经常在一个进程中使用 open()来获取一个文件描述符 fd，然后通过该 fd 去进行一些 write()、read()操作。例如：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = open("test.txt", O_CREAT | O_RDWR);
    close(fd);
    return 0;
}

我们操作字符设备的时候也一样，open()的原理是通过给定的文件路径/dev/dev_node，从而找到该文件路径所对应的 inode 信息，最后生成一个 struct file 结构体，该结构体在进程的打开文件列表中，返回的 fd 信息就是这个打开文件列表中的下标索引，所以说 fd 永远不会小于 0。

2. 系统调用？

open 用的哪个系统调用？以这个 demo 为例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    close(fd);
    return 0;
}

使用 strace 命令看一下：

shell

gcc main.c -Wall
touch test.txt
strace -o syscall ./a.out

会发现有这么一行：

txt

openat(AT_FDCWD, "test.txt", O_RDONLY)  = 3

从这里可以看出，调用的是 openat 这个系统调用。

二、怎么关联到设备？

后面写驱动的时候就会接触到每个驱动都会有自己的操作函数集，我们通过 open 函数可以打开一个设备，然后将文件描述符与对应的设备关联起来，通过这个 fd 文件描述符，就可以找到设备的操作函数集，进而控制设备，大概的一个关系如下：

进程通过系统调用 open()来打开一个文件，实质上是获得一个文件描述符，以便于进程通过文件描述符来读写该文件、进程打开文件时，会为该文件创建一个 file 对象，并将一个指向该 file 对象的指针存入进程描述符表（进程描述符数组），进而确定了打开文件的文件描述符（数组下标）。

open()系统调用是在内核里通过 do_sys_open()实现的，do_sys_open()将创建文件的 dentry、inode 和 file 对象。创建 file 对象时，将 file 对象 f_op 指向了所属文件系统的操作函数集 file_operations，而该函数集又来自具体文件的 i 节点，于是虚拟文件系统就与实际文件系统的操作就衔接起来了。并在 file_struct 结构体的进程打开文件描述符表 fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]中查找一个空闲表项（也就是此时数组中最小的未被占用的表项），然后返回该表项的下标（文件描述符）。

三、open 函数的调用流程

open 调用做了下面的几件事（后面会再详细去学习，这里大概了解一下）：

（1）分配槽位, 即 fd 对应的索引位置；

（2）分配 file 对象；

（3）给 file 中的操作函数表赋值，struct file 的 f_ops 赋值为/dev/dev_node 字符设备所对应驱动的 struct file_operations。

函数调用关系如下（与上面有些函数名有些出入，不过流程都是一样的）：

结合序列图的调用序号, 来看一看 open 调用主要做的几件事情.

step 3: get_unused_fd_flags(), 获取空闲的 fd 槽位

step 6: get_empty_filp(), 分配 file 对象

step 7: link_path_walk(), 解析文件路径

step 9: lookup_fast(), 从 cache 中查找 dentry(目录项对象)

step 13: lookup(), cache 中找不到的情况下, 调用文件所在文件系统的 lookup 函数获取

step 15: do_dentry_open(), 这里把 file 对象和具体文件系统的 inode 关联起来, 并把 file 中的操作函数表指向 inode 提供的操作表

step 16: open(), 调用文件系统提供的 open 函数, 完成一些文件系统相关的初始化, 有些文件系统的 open 函数可能为空, 即不做相关操作

step 17: fd_install(), 把 fd 和 file 对象关联起来。

最后, 就完成了 open 的任务, 应用层在获取到 fd 后, 就可以做后续的操作了. 很显然, 后面的操作都是通过 file 对象中的函数表来完成的, 这样, 就完成了 vfs 层和具体的文件系统的连接.

参考资料
Linux 中 open 命令实现原理以及源码分析_linux open-CSDN 博客
linux 文件描述符分配实现详解(基于 ARM 处理器)_fdtable-CSDN 博客
文件描述符、文件描述符表、目录项、索引节点之间的总结联系_文件描述符表与文件目录的关系-CSDN 博客
探索文件描述符（fd）与 FILE 结构体之间的关系_linux 内核 fd 和 file 结构-CSDN 博客

LV200-open函数简介 ​

一、open 函数？ ​

1. open 怎么使用 ​

2. 系统调用？ ​

二、怎么关联到设备？ ​

三、open 函数的调用流程 ​