exFAT文件系统2

搜索exfat资料时，找到一篇老外的反编译exfat的文件，对我们学习代码很有帮助

文章名是reverse-engineering-microsoft-exfat-file-system_33274.pdf。

至于exfat的文件系统代码，可以从github上获取到，github地址是：https://github.com/dorimanx/exfat-nofuse

结合资料和code开启我的exfat之旅

获取到exfat-nofuse代码后，先看看代码中自带的README.md文档，check发现该开源代码是在linux系统中以命令modprobe exfat方式load the driver manually，然后使用标准的mount加载exfat文件系统。

modprobe exfat的控制主要是运行代码exfat_super.c中module_init(init_exfat_fs)的函数。

init_exfat_fs函数主要功能：

1. FsInit------exfat文件系统全局变量初始化以及一些文件系统定义边界检查

2.exfat_init_inodecache------exfat文件系统创建专属的高速缓冲

3.register_filesystem(&exfat_fs_type)------注册exfat文件系统到linux的VFS系统体系中

相关code如下：

static int __init init_exfat_fs(void)
{
int err;

printk(KERN_INFO "exFAT: Core Version %s\n", EXFAT_VERSION);

err = FsInit();
if (err) {
  if (err == FFS_MEMORYERR)
   return -ENOMEM;
  else
   return -EIO;
}

err = exfat_init_inodecache();
if (err)
goto out;

err = register_filesystem(&exfat_fs_type);
if (err)
goto out;

return 0;
out:
FsShutdown();
return err;
}

这里需要注意的数据结构如下：

static struct file_system_type exfat_fs_type = {
.owner       = THIS_MODULE,
.name        = "exfat",
#if LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(2,6,37)
.get_sb      = exfat_get_sb,
#else
.mount       = exfat_fs_mount,//根据目前的kernel版本，我们要使用这个函数probe文件系统（mount命令加载exfat时会使用调用到这个最终实际加载的文件系统函数）
#endif
#if EXFAT_CONFIG_KERNEL_DEBUG
.kill_sb    = exfat_debug_kill_sb,
#else
.kill_sb    = kill_block_super,
#endif
.fs_flags    = FS_REQUIRES_DEV,
};

这个数据结构中

.name = "exfat",-------------标示新添加的文件系统名字，比如ext4，ext3......

.mount = exfat_fs_mount,------------这个函数会注册到文件系统中，在mount时调用加载，后续详细介绍。

上一章强调了exfat_fs_mount在linux mount的时候会调用到，本章节将详细描述这个函数的执行过程。

在安装exFAT（mount）的时候，存放exFAT文件系统的磁盘分区上的大部分数据结构的信息都会被拷贝到RAM(操作系统内存)中，从而使得内核避免了许多后续的操作，变得简单。由于exFAT磁盘数据结构都保存在exFAT磁盘分区的块中，所以当需要经常更新一些数据结构时，内核会利用页高速缓存来实现。

在实际mount一个文件系统的时候，exFAT文件系统依赖于虚拟文件系统的一个标准函数(mount_bdev)来实现文件系统信息的装载。

在我们的exfat-nofuse代码中，函数exfat_fs_mount调用mount_bdev(fs_type, flags, dev_name, data, exfat_fill_super);来实现，在mount_bdev函数中通过exfat_fill_super函数来填充VFS中一个超级块对象，代码实现如下：

static struct dentry *exfat_fs_mount(struct file_system_type *fs_type,
int flags, const char *dev_name,
void *data) {
return mount_bdev(fs_type, flags, dev_name, data, exfat_fill_super);
}

现在我们来详细描述exfat_fill_super函数的功能：

1.分配exfat的super_block的私有数据（struct exfat_sb_info *sbi）需要用到的内存，并进行初始化

struct exfat_sb_info *sbi;

sbi = kzalloc(sizeof(struct exfat_sb_info), GFP_KERNEL);

sb->s_fs_info = sbi;

mutex_init(&sbi->s_lock);

................

parse_options(data, silent, &debug, &sbi->options);/*解析mount exfat时传入的参数*/

2.初始化exfat的super_block的数据

sb->s_fs_info = sbi;
sb->s_flags |= MS_NODIRATIME;
sb->s_magic = EXFAT_SUPER_MAGIC;
sb->s_op = &exfat_sops;

sb->s_d_op = &exfat_ci_dentry_ops;

这里需要注意exfat_sops和exfat_ci_dentry_ops的实现内容

const struct super_operations exfat_sops = {
.alloc_inode   = exfat_alloc_inode,
.destroy_inode = exfat_destroy_inode,
.write_inode   = exfat_write_inode,
.evict_inode = exfat_evict_inode,
.put_super     = exfat_put_super,
.sync_fs       = exfat_sync_fs,
.statfs        = exfat_statfs,
.remount_fs    = exfat_remount,
.show_options = exfat_show_options,
};

static const struct dentry_operations exfat_ci_dentry_ops = {
.d_revalidate   = exfat_revalidate_ci,
.d_hash         = exfat_d_hashi,
.d_compare      = exfat_cmpi,
};

3.FsMountVol函数加载exfat分区的Volume Boot Record(VBR)数据以及exfat特定分区数据，然后初始化exfat的super_block数据以及super_block的私有数据以及exfat文件系统必要的数据（后面专门一章再详细描述这个函数的实现）

4.exfat_hash_init函数初始化inode的hash table

5.在exfat文件系统中做codepage的初始化

6.创建exfat的root inode以及初始化，并把root inode挂载到hash table

注意exfat root inode的初始化

inode->i_op = &exfat_dir_inode_operations;
inode->i_fop = &exfat_dir_operations;

const struct inode_operations exfat_dir_inode_operations = {
.create        = exfat_create,
.lookup        = exfat_lookup,
.unlink        = exfat_unlink,
.symlink       = exfat_symlink,
.mkdir         = exfat_mkdir,
.rmdir         = exfat_rmdir,
.rename        = exfat_rename,
.setattr       = exfat_setattr,
.getattr       = exfat_getattr,
#ifdef CONFIG_EXFAT_VIRTUAL_XATTR
.setxattr = exfat_setxattr,
.getxattr = exfat_getxattr,
.listxattr = exfat_listxattr,
.removexattr = exfat_removexattr,
#endif
};

const struct file_operations exfat_dir_operations = {
.llseek     = generic_file_llseek,
.read       = generic_read_dir,
.readdir    = exfat_readdir,
.unlocked_ioctl = exfat_generic_ioctl,
.fsync      = exfat_file_fsync,
};

7. 通过root inode创建root dentry

8. 完成

code如下：

static int exfat_fill_super(struct super_block *sb, void *data, int silent)

{
struct inode *root_inode = NULL;
struct exfat_sb_info *sbi;
int debug, ret;
long error;
char buf[50];

exfat_mnt_msg(sb, 1, 0, "trying to mount...");
/*
* GFP_KERNEL is ok here, because while we do hold the
* supeblock lock, memory pressure can't call back into
* the filesystem, since we're only just about to mount
* it and have no inodes etc active!
*/
sbi = kzalloc(sizeof(struct exfat_sb_info), GFP_KERNEL);/*分配exfat私有的super_block的数据需要用到的内存*/
if (!sbi) {
exfat_mnt_msg(sb, 1, 0, "failed to mount! (ENOMEM)");
return -ENOMEM;
}
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,7,0)
mutex_init(&sbi->s_lock);
#endif
sb->s_fs_info = sbi;
sb->s_flags |= MS_NODIRATIME;
sb->s_magic = EXFAT_SUPER_MAGIC;
sb->s_op = &exfat_sops;

error = parse_options(data, silent, &debug, &sbi->options);/*解析mount exfat时传入的参数*/
if (error)
goto out_fail;

setup_dops(sb);

error = -EIO;
sb_min_blocksize(sb, 512);
sb->s_maxbytes = 0x7fffffffffffffffLL; /* maximum file size */

ret = FsMountVol(sb);//wangxf14_study
if (ret) {
if (!silent)
printk(KERN_ERR "[EXFAT] FsMountVol failed\n");

goto out_fail;
}

/* set up enough so that it can read an inode */
exfat_hash_init(sb);

/*
* The low byte of FAT's first entry must have same value with
* media-field. But in real world, too many devices is
* writing wrong value. So, removed that validity check.
*
* if (FAT_FIRST_ENT(sb, media) != first)
*/

/* codepage is not meaningful in exfat */
error = -EINVAL;
sprintf(buf, "cp%d", sbi->options.codepage);
sbi->nls_disk = load_nls(buf);
if (!sbi->nls_disk) {
printk(KERN_ERR "[EXFAT] Codepage %s not found\n", buf);
goto out_fail2;
}

sbi->nls_io = load_nls(sbi->options.iocharset);

if (!sbi->nls_io) {
  printk(KERN_ERR "[EXFAT] IO charset %s not found\n",
      sbi->options.iocharset);
  goto out_fail2;
}

error = -ENOMEM;
root_inode = new_inode(sb);/*创建一个inode节点，这个函数就是在fs/inode.c中的new_inode函数*/
if (!root_inode)
  goto out_fail2;
root_inode->i_ino = EXFAT_ROOT_INO;
root_inode->i_version = 1;
error = exfat_read_root(root_inode); //wangxf14_study
if (error < 0)
  goto out_fail2;
error = -ENOMEM;
exfat_attach(root_inode, EXFAT_I(root_inode)->i_pos);
insert_inode_hash(root_inode);/*将这个新的inode内存节点挂在hashtable中，这个函数在fs/inode.c中的insert_inode_hash函数*/
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,4,00)
sb->s_root = d_make_root(root_inode);
#else
sb->s_root = d_alloc_root(root_inode);
#endif
if (!sb->s_root) {
  printk(KERN_ERR "[EXFAT] Getting the root inode failed\n");
  goto out_fail2;
}

exfat_mnt_msg(sb, 1, 0, "mounted successfully!");

return 0;

out_fail2:
FsUmountVol(sb);
out_fail:
exfat_mnt_msg(sb, 1, 0, "failed to mount!");

if (root_inode)
  iput(root_inode);
if (sbi->nls_io)
  unload_nls(sbi->nls_io);
if (sbi->nls_disk)
  unload_nls(sbi->nls_disk);
if (sbi->options.iocharset != exfat_default_iocharset)
  kfree(sbi->options.iocharset);
sb->s_fs_info = NULL;
kfree(sbi);
return error;
}

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