五） 對(duì)proc文件的管理
前面我們提過，相對(duì)于其他邏輯文件系統(tǒng)的具體文件組織形式（比如ext2文件系統(tǒng)的 inode），proc文件系統(tǒng)也有自己的組織結(jié)構(gòu)，那就是proc_dir_entry結(jié)構(gòu)，所有屬于proc文件系統(tǒng)的文件，都對(duì)應(yīng)一個(gè) proc_dir_entry結(jié)構(gòu)，并且在VFS需要讀取proc文件的時(shí)候，把這個(gè)結(jié)構(gòu)和VFS的inode建立鏈接（即由 inode->u.generic_ip指向該prc_dir_entry結(jié)構(gòu)）。
因此，proc文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一套對(duì)proc_dir_entry結(jié)構(gòu)的管理，下面我們就此進(jìn)行一個(gè)分析。
1 proc_dir_entry結(jié)構(gòu)
首先我們看一下proc_dir_entry結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)在proc_fs.h中定義：
struct proc_dir_entry {
unsigned short low_ino;
unsigned short namelen;
const char *name;
mode_t mode;
nlink_t nlink;
uid_t uid;
gid_t gid;
unsigned long size;
struct inode_operations * proc_iops;
struct file_operations * proc_fops;
get_info_t *get_info;
struct module *owner;
struct proc_dir_entry *next, *parent, *subdir;
void *data;
read_proc_t *read_proc;
write_proc_t *write_proc;
atomic_t count; /* use count */
int deleted; /* delete flag */
kdev_t rdev;
};
在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，描述了一個(gè)proc文件的全部信息，每一個(gè)proc文件正是使用proc_dir_entry結(jié)構(gòu)來表示的。下面我們看一下它最重要的幾個(gè)域：
low_ino：這是用來唯一標(biāo)志proc_dir_entry結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)號(hào)，也就是proc文件系統(tǒng)內(nèi)的索引節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)，除了根結(jié)點(diǎn)，其他的節(jié)點(diǎn)號(hào)都是在創(chuàng)建proc_dir_entry的時(shí)候，由make_inode_number()動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的。
name：即這個(gè)proc文件的名字。
mode： 該proc文件的模式由兩部分用位或運(yùn)算組成，第一部分是文件的類型，可以參考include/linux/stat.h中的定義，比如，S_IFREG 表示普通文件，而S_IFDIR表示目錄文件。第二部分是該文件的權(quán)限，同樣可以參考include/linux/stat.h中的定義，比 如，S_IRUSR表示該文件能夠被擁有者讀，S_IROTH 表示該文件可以被其他人讀取。但真正的權(quán)限檢查，我們可以放到后面提到的inode_operations結(jié)構(gòu)中。
size：即我們使用“l(fā)s”命令時(shí)，所顯示出的文件大小。
proc_iops： 這是一個(gè)inode_operations結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置了針對(duì)這個(gè)proc索引節(jié)點(diǎn)的操作函數(shù)，這樣，我們就可以針對(duì)不同類型的proc文件，提供不同 的方法，以完成不同的工作。比如我們上面提到的對(duì)proc文件的權(quán)限檢查，就可以放在這個(gè)結(jié)構(gòu)中。
proc_fops：這是一個(gè)file_operations結(jié)構(gòu)，其中放置了針對(duì)這個(gè)proc文件的操作函數(shù)，我們可以把對(duì)proc文件的讀寫操作，放在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)/proc目錄中的文件的讀，寫功能。
get_info：當(dāng)用戶向proc文件讀取的數(shù)據(jù)小于一個(gè)頁面大小時(shí)，可以使用這個(gè)函數(shù)向用戶返回?cái)?shù)據(jù)。
struct proc_dir_entry *next, *parent, *subdir：使用這些鏈表，在內(nèi)存中，proc_dir_entry結(jié)構(gòu)就以樹的形式鏈接在一起。
read_proc_t *read_proc 和write_proc_t *write_proc：這兩個(gè)函數(shù)提供了對(duì)proc文件進(jìn)行操作的簡單接口。我們知道，對(duì)于proc文件，我們可以從中讀取核心數(shù)據(jù)，還可以向其中寫入 數(shù)據(jù)，因此，對(duì)于一些功能比較簡單的proc文件，我們只要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)函數(shù)（或其中之一）即可，而不用設(shè)置inode_operations結(jié)構(gòu)，這樣， 整個(gè)操作比較簡單。實(shí)際上，我們會(huì)在后面的分析中看到，在注冊(cè)proc文件的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)為proc_fops設(shè)置一個(gè)缺省的 file_operations結(jié)構(gòu)，如果我們只實(shí)現(xiàn)了上面提到的兩個(gè)讀寫操作，而沒有設(shè)置自己file_operations結(jié)構(gòu)，那么，會(huì)由缺省的 inode_operations結(jié)構(gòu)中的讀寫函數(shù)檢查調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)。
atomic_t count：該結(jié)構(gòu)的使用計(jì)數(shù)。當(dāng)一個(gè)proc_dir_entry結(jié)構(gòu)的count減為零時(shí)，會(huì)釋放該結(jié)構(gòu)，這種結(jié)果就像把一個(gè)ext2文件系統(tǒng)的文件從磁盤上刪除掉一樣。
int deleted：這是一個(gè)刪除標(biāo)志，當(dāng)我們調(diào)用remove_proc_entry函數(shù)要?jiǎng)h除一個(gè)proc_dir_entry時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)還在使用，就會(huì)設(shè)置該標(biāo)志并且推出。
2 建立proc文件
在了解了proc_dir_entry結(jié)構(gòu)之后，我們來看一看proc文件系統(tǒng)是如何管理自己的文件結(jié)構(gòu)的。
首先我們看一看它是如何創(chuàng)建proc文件的，參考文件fs/proc/generic.c，其中，有一個(gè)函數(shù)create_proc_entry，由它創(chuàng)建并注冊(cè)proc文件，下面我們看一下它的源碼：
struct proc_dir_entry *create_proc_entry(const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *parent)
{
struct proc_dir_entry *ent = NULL;
const char *fn = name;
int len;

if (!parent && xlate_proc_name(name, &parent, &fn) != 0)
goto out;
len = strlen(fn);

ent = kmalloc(sizeof(struct proc_dir_entry) + len + 1, GFP_KERNEL);
if (!ent)
goto out;
memset(ent, 0, sizeof(struct proc_dir_entry));
memcpy(((char *) ent) + sizeof(*ent), fn, len + 1);
ent->name = ((char *) ent) + sizeof(*ent);
ent->namelen = len;

if (S_ISDIR(mode)) {
if ((mode & S_IALLUGO) == 0)
mode |= S_IRUGO | S_IXUGO;
ent->proc_fops = &proc_dir_operations;
ent->proc_iops = &proc_dir_inode_operations;
ent->nlink = 2;
} else {
if ((mode & S_IFMT) == 0)
mode |= S_IFREG;
if ((mode & S_IALLUGO) == 0)
mode |= S_IRUGO;
ent->nlink = 1;
}
ent->mode = mode;

proc_register(parent, ent); /* link ent to parent */

out:
return ent;
}
我 們看到，首先，該函數(shù)會(huì)做一些必要的檢查，比如要確保它的父節(jié)點(diǎn)必須存在等等。其次會(huì)創(chuàng)建一個(gè)proc_dir_entry結(jié)構(gòu)，并且為該文件的名字也分 配空間，并用->name指向它。再次，會(huì)根據(jù)該文件的類型，設(shè)置適當(dāng)?shù)哪Ｊ胶玩溄訑?shù)。最后，會(huì)調(diào)用proc_register(parent, ent)函數(shù)，將這個(gè)結(jié)構(gòu)鏈接到proc文件樹中。
下面我們看一下它的實(shí)現(xiàn)代碼：
static int proc_register(struct proc_dir_entry * dir, struct proc_dir_entry * dp)
{
int i;
i = make_inode_number();
if (i < 0)
return -EAGAIN;
dp->low_ino = i;
dp->next = dir->subdir;
dp->parent = dir;
dir->subdir = dp;
if (S_ISDIR(dp->mode)) {
if (dp->proc_iops == NULL) {
dp->proc_fops = &proc_dir_operations;
dp->proc_iops = &proc_dir_inode_operations;
}
dir->nlink++;
} else if (S_ISLNK(dp->mode)) {
if (dp->proc_iops == NULL)
dp->proc_iops = &proc_link_inode_operations;
} else if (S_ISREG(dp->mode)) {
if (dp->proc_fops == NULL)
dp->proc_fops = &proc_file_operations;
}
return 0;
}
這 個(gè)函數(shù)主要完成三部分的工作，第一，使用make_inode_number()函數(shù)動(dòng)態(tài)的到一個(gè)節(jié)點(diǎn)號(hào)，并且設(shè)置low_ino。第二步，將這個(gè) proc_dir_entry結(jié)構(gòu)鏈接到它的父節(jié)點(diǎn)上。第三步，根據(jù)文件類型的不同，設(shè)置不同的（索引節(jié)點(diǎn)和文件）缺省操作函數(shù)集。
這樣，一個(gè)proc文件就注冊(cè)成功了。
3 刪除proc文件
在同一源文件中，提供了刪除proc_dir_entry結(jié)構(gòu)的函數(shù)，即remove_proc_entry，下面我們分析一下它的實(shí)現(xiàn)過程。
void remove_proc_entry(const char *name, struct proc_dir_entry *parent)
{
struct proc_dir_entry **p;
struct proc_dir_entry *de;
const char *fn = name;
int len;

if (!parent && xlate_proc_name(name, &parent, &fn) != 0)
goto out;
len = strlen(fn);
for (p = &parent->subdir; *p; p=&(*p)->next ) {
if (!proc_match(len, fn, *p))
continue;
de = *p;
*p = de->next;
de->next = NULL;
if (S_ISDIR(de->mode))
parent->nlink--;
clear_bit(de->low_ino-PROC_DYNAMIC_FIRST,
(void *) proc_alloc_map);
proc_kill_inodes(de);
de->nlink = 0;
if (!atomic_read(&de->count))
free_proc_entry(de);
else {
de->deleted = 1;
printk("remove_proc_entry: %s/%s busy, count=%d\n",
parent->name, de->name, atomic_read(&de->count));
}
break;
}
out:
return;
}
該函數(shù)在參數(shù)parent的所有孩子中查找指定的名字，如果找到匹配的節(jié)點(diǎn)，即proc_match(len, fn, *p)，那么，就將該結(jié)構(gòu)從樹結(jié)構(gòu)中去掉。然后，如果刪除的proc_dir_entry是目錄結(jié)構(gòu)，那么，就減少其父節(jié)點(diǎn)的鏈接數(shù)。
然后，調(diào)用clear_bit(de->low_ino-PROC_DYNAMIC_FIRST, (void *) proc_alloc_map)函數(shù)，清除該節(jié)點(diǎn)號(hào)。
最后，將該結(jié)構(gòu)的鏈接數(shù)置零，并調(diào)用atomic_read(&de->count)來檢查它的引用計(jì)數(shù)，如果是零，那么就使用函數(shù)free_proc_entry釋放該節(jié)點(diǎn)，否則，就將它的刪除標(biāo)記位置一，在以后適當(dāng)?shù)貦C(jī)會(huì)中，再將其釋放。
4 其他管理函數(shù)
除此之外，我們看到還有一些函數(shù)，可以方便我們管理和使用proc文件系統(tǒng)，我們簡單地介紹一下：
struct proc_dir_entry *proc_mkdir(const char *name, struct proc_dir_entry *parent)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)用來在proc文件系統(tǒng)中注冊(cè)一個(gè)子目錄，根據(jù)它的參數(shù)，我們就可以看出它的功能。在這個(gè)函數(shù)里，將動(dòng)態(tài)分配一個(gè) proc_dir_entry結(jié)構(gòu)以及它的名字，然后，設(shè)置目錄文件的缺省操作（proc_iops以及proc_fops）以及nlink值，最后，調(diào) 用proc_register函數(shù)將其注冊(cè)。
struct proc_dir_entry *proc_mknod(const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *parent, kdev_t rdev)函數(shù)，用來在proc文件系統(tǒng)中建立一個(gè)設(shè)備文件，因此，在創(chuàng)建proc_dir_entry結(jié)構(gòu)后，沒有設(shè)置缺省操作，而是使用 ->rdev = rdev指定了設(shè)備。最后，調(diào)用proc_register函數(shù)將其注冊(cè)。
struct proc_dir_entry *proc_symlink(const char *name, struct proc_dir_entry *parent, const char *dest)函數(shù)，該函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)鏈接文件，使用->mode = S_IFLNK|S_IRUGO|S_IWUGO|S_IXUGO來標(biāo)志，它和其他文件的建立很相似，只是，它將鏈接的目標(biāo)文件名放在了 ->data域中。最后，它同樣調(diào)用proc_register函數(shù)將該結(jié)構(gòu)注冊(cè)。