作者 | 陳豪

審校 | 孫淑娟

一、簡(jiǎn)介

FUSE(Filesystem in Userspace)，是一種用戶空間文件系統(tǒng)。用戶可以通過(guò)FUSE文件系統(tǒng)操作內(nèi)卡。FUSE主要實(shí)現(xiàn)代碼位于用戶空間中，而不需要重新編譯到內(nèi)核，用戶空間開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)FUSE的接口直接訪問(wèn)內(nèi)核空間，不需要了解文件系統(tǒng)的內(nèi)幕和內(nèi)核模塊編程的知識(shí)，這給用戶空間開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了眾多便利。

二、FUSE文件系統(tǒng)架構(gòu)

1.FUSE內(nèi)核模塊(內(nèi)核態(tài))實(shí)現(xiàn)VFS 接口(FUSE文件驅(qū)動(dòng)注冊(cè)、supper block、dentry、inode的維護(hù))，接收請(qǐng)求傳遞給LibFUSE，LibFUSE 再傳遞給用戶程序的接口進(jìn)行操作。

2.LibFUSE模塊(用戶態(tài))實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)主要框架，比如對(duì)實(shí)現(xiàn)的文件系統(tǒng)操作進(jìn)行封裝、mount管理、通過(guò)設(shè)備/dev/fuse與內(nèi)核模塊通信。

3.用戶程序模塊(用戶態(tài))當(dāng)內(nèi)卡掛載成功后，對(duì)內(nèi)卡進(jìn)行讀寫操作。

這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)可以讓用戶通過(guò)FUSE在用戶空間來(lái)定制自己的文件系統(tǒng)，將文件系統(tǒng)從內(nèi)核剝離出來(lái)，大大縮減了開(kāi)發(fā)的難度。本文將著重介紹libfuse如何掛載內(nèi)卡。

三、內(nèi)卡的掛載

3.1 內(nèi)卡掛載與分區(qū)掛載的不同

分區(qū)掛載是掛載到內(nèi)核實(shí)地文件系統(tǒng)，例如userdata分區(qū)掛載f2fs到 /data目錄下。內(nèi)卡掛載是掛載用戶空間文件系統(tǒng)，如dev/fuse 掛載fuse到mnt/user/0/emulated目錄下。

上圖mnt/user/0/emulated和/data/media/0下的內(nèi)容是一樣的。原因是這兩個(gè)目錄是綁定的關(guān)系，說(shuō)明內(nèi)卡是userdata的一部分。這部分空間是用戶可以直接操作的。

在手機(jī)的文件管理器中也可以看到同樣的目錄：

3.2 內(nèi)卡掛載和綁定

VoldNativeService::mount接收到framwork層發(fā)送的mount請(qǐng)求后調(diào)用vol->mount，從而執(zhí)行VolumeBase::mount這個(gè)父類。真正的實(shí)現(xiàn)是在子類內(nèi)卡會(huì)調(diào)用EmulatedVolume::doMount執(zhí)行掛載。

1.VoldNativeService::mount

mountFlags決定掛載的是內(nèi)卡還是SD卡，為3時(shí)掛載內(nèi)卡，為2時(shí)掛載SD卡。內(nèi)卡的mountUserId為0，SD卡的mountUserId是卡本身的guid。最終會(huì)執(zhí)行vol->mount()。

binder::Status VoldNativeService::mount(
         const std::string& volId, int32_t mountFlags, int32_t mountUserId,
         const android::sp<android::os::IVoldMountCallback>& callback) {
     ENFORCE_SYSTEM_OR_ROOT;
     CHECK_ARGUMENT_ID(volId);
     ACQUIRE_LOCK;
 
     auto vol = VolumeManager::Instance()->findVolume(volId);
     if (vol == nullptr) {
         return error("Failed to find volume " + volId);
     }
 
     vol->setMountFlags(mountFlags);
     vol->setMountUserId(mountUserId);
 
     vol->setMountCallback(callback);
     int res = vol->mount();
     vol->setMountCallback(nullptr);
 
     if (res != OK) {
         return translate(res);
     }
 
     return translate(OK);
 }

2.vol->mount

vol是VolumeBase的實(shí)例，VolumeBase的mount方法由具體的子類EmulatedVolume、PublicVolume、PrivateVolume等實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行操作之后會(huì)發(fā)送應(yīng)答消息給MountService。將掛載的結(jié)果上報(bào)給framwork層。

status_t VolumeBase::mount() {
     if ((mState != State::kUnmounted) && (mState != State::kUnmountable)) {
         LOG(WARNING) << getId() << " mount requires state unmounted or unmountable";
         return -EBUSY;
     }
     setState(State::kChecking);
     status_t res = doMount();
     setState(res == OK ? State::kMounted : State::kUnmountable);
 
     if (res == OK) {
         doPostMount();
     }
     return res;
 }

3.EmulatedVolume::doMount ()

內(nèi)卡會(huì)走到EmulatedVolume這個(gè)子類進(jìn)行掛載，SD卡則會(huì)走PublicVolume掛載。在EmulatedVolume函數(shù)里建立了四個(gè)/mnt/runtime路徑并設(shè)置了不同的權(quán)限，原因是控制不同權(quán)限APP訪問(wèn)。然后利用掛載命名空間實(shí)現(xiàn)了掛載點(diǎn)的隔離，用戶在不同掛載命名空間的進(jìn)程，看到的目錄層次不同。MountUserFuse是掛載FUSE的實(shí)現(xiàn)，內(nèi)卡和SD卡都會(huì)走這個(gè)流程。著重看一下MountUserFuse函數(shù)的實(shí)參，如果掛載的是內(nèi)卡，user_id則為0，getInternalPath()為/data/media，label為emulated。

status_t EmulatedVolume::doMount() {
     std::string label = getLabel();
     bool isVisible = getMountFlags() & MountFlags::kVisible;
     mSdcardFsDefault = StringPrintf("/mnt/runtime/default/%s", label.c_str());
     mSdcardFsRead = StringPrintf("/mnt/runtime/read/%s", label.c_str());
     mSdcardFsWrite = StringPrintf("/mnt/runtime/write/%s", label.c_str());
     mSdcardFsFull = StringPrintf("/mnt/runtime/full/%s", label.c_str());
 
     setInternalPath(mRawPath);
     setPath(StringPrintf("/storage/%s", label.c_str()));

 ………………………………
res = MountUserFuse(user_id, getInternalPath(), label, &fd);

…………………………..
}

4.MountUserFuse();

如下函數(shù)中只粘貼了重要的部分。fuse_path是掛載路徑mnt/user/0/emulated。隨后調(diào)用mount函數(shù)調(diào)用內(nèi)核接口進(jìn)行掛載，將/dev/fuse 掛載到/mnt/user/0/emulated。

status_t MountUserFuse(userid_t user_id, const std::string& absolute_lower_path,
                        const std::string& relative_upper_path, android::base::unique_fd* fuse_fd) {

std::string fuse_path(
             StringPrintf("%s/%s", pre_fuse_path.c_str(), relative_upper_path.c_str()));

result = TEMP_FAILURE_RETRY(mount("/dev/fuse", fuse_path.c_str(), "fuse",
                                       MS_NOSUID | MS_NODEV | MS_NOEXEC | MS_NOATIME | MS_LAZYTIME,
                                       opts.c_str()));
}

掛載成功后可以用mount命令去查看，截圖如下：

四、總結(jié)

本文介紹了內(nèi)卡對(duì)FUSE的掛載，將創(chuàng)建好的FUSE設(shè)備掛載到內(nèi)置存儲(chǔ)空間關(guān)聯(lián)目錄。對(duì)于內(nèi)置存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)變成了先訪問(wèn)FUSE文件系統(tǒng)，再訪問(wèn)f2fs文件系統(tǒng)。對(duì)于FUSE而言，在內(nèi)核空間和用戶空間來(lái)回切換會(huì)增加性能開(kāi)銷，所以對(duì)FUSE的性能優(yōu)化至關(guān)重要。

作者介紹

陳豪，51CTO社區(qū)編輯，具有6年工作經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)系統(tǒng)工程師。擅長(zhǎng)技能有Linux內(nèi)嵌匯編語(yǔ)言，Python，C，C++，Java，Linux內(nèi)核分析，智能機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)等。

參考鏈接

??https://blog.csdn.net/kongxinsun/article/details/79587305??

??https://blog.csdn.net/bob_fly1984/article/details/80720807??