【鸿蒙南向开发】LiteOS-A内核中的procfs文件系统分析

一、 procfs介绍

procfs是类UNIX操作系统中进程文件系统（process file system）的缩写，主要用于通过内核访问进程信息和系统信息，以及可以修改内核参数改变系统行为。需要注意的是，procfs文件系统是一个虚拟文件系统，不存在硬盘当中，而是系统启动时动态生成的文件系统，储存在内存中。procfs文件系统通常挂载在/proc目录下。
LiteOS-A是OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony”）系统中使用的轻量系统内核，实现了procfs文件系统。本文主要对LiteOS-A内核中的procfs文件系统的设计、实现和使用进行介绍和分析。
procfs文件系统是LiteOS-A内核文件系统的一个案例，通过了解procfs文件系统，能够熟悉LiteOS-A的文件系统框架，并很好地将内核信息通过文件系统反馈给使用者。

1. Linux系统中的procfs文件系统包含的内容

Ubuntu 20.04中的/proc文件信息如下：

图1：Ubuntu proc目录信息

2. OS-A系统的命令以及procfs文件系统的内容

LiteOS-A的命令集：

LiteOS-A的proc目录信息如下：

图2：liteOS-A proc目录信息

二、 procfs文件系统的设计

LiteOS-A中使用VFS作为各个文件系统的粘合层，而VFS在OpenHarmony内核中采用树结构实现，树中的每一个节点都是Vnode结构体。VFS提供统一的抽象接口用于屏蔽文件系统之间的差异，其提供三大操作接口用于统一不同文件系统调用不同接口的现状。
VFS提供的三大操作接口：
• VnodeOps
• MountOps
• file_operations_vfs
VnodeOps用于控制Vnode节点，MountOps控制挂载点，file_operations_vfs提供常用的文件接口。
文件系统各自需要实现VFS提供的这三大接口，即实现系统本身需要的接口方法，让VFS能够调用这些接口即可。procfs文件系统虽作为一个伪文件系统pseudo-file system，但其仍旧需要实现上述接口。

1. VFS提供的重要接口

（1) Vnode 结构体：

struct Vnode {
    enum VnodeType type;                /* Vnode节点类型 */
    int useCount;                       /* 节点链接数 */
    uint32_t hash;                      /* 哈希值 */
    uint uid;                           /* 文件拥有者的user id */
    uint gid;                           /* 文件群组id */
    mode_t mode;                        /* 文件读写执行权限 */
    LIST_HEAD parentPathCaches;         /* 指向父节点的路径缓存 */
    LIST_HEAD childPathCaches;          /* 指向儿子节点的路径缓存 */
    struct Vnode *parent;               /* vnode父节点 */
    struct VnodeOps *vop;               /* vnode操作接口 */
    struct file_operations_vfs *fop;    /* 文件操作接口，即指定文件系统 */
    void *data;                         /* 数据，指向内部数据的指针 */
    uint32_t flag;                      /* 节点标签 */
    LIST_ENTRY hashEntry;               /* 挂入v_vnodeHashEntry[i]中 */
    LIST_ENTRY actFreeEntry;            /* 通过本节点挂载到空闲和使用链表中 */
    struct Mount *originMount;          /* 所在文件系统挂载信息 */
    struct Mount *newMount;             /* 其他挂载在这个节点中的文件系统信息 */
    char *filePath;                     /* Vnode的路径信息 */
    struct page_mapping mapping;        /* page mapping of the vnode */
};

图3：Vnode structure

Vnode功能接口定义：

struct VnodeOps {
    int (*Create)(struct Vnode *parent, const char *name, int mode, struct Vnode **vnode);// 创建节点
    int (*Lookup)(struct Vnode *parent, const char *name, int len, struct Vnode **vnode);// 查询节点
    int (*Open)(struct Vnode *vnode, int fd, int mode, int flags);// 打开节点
    ssize_t (*ReadPage)(struct Vnode *vnode, char *buffer, off_t pos);
    ssize_t (*WritePage)(struct Vnode *vnode, char *buffer, off_t pos, size_t buflen);
    int (*Close)(struct Vnode *vnode);// 关闭节点
    int (*Reclaim)(struct Vnode *vnode);// 回收节点
    int (*Unlink)(struct Vnode *parent, struct Vnode *vnode, const char *fileName);// 取消硬链接
    int (*Rmdir)(struct Vnode *parent, struct Vnode *vnode, const char *dirName);// 删除目录节点
    int (*Mkdir)(struct Vnode *parent, const char *dirName, mode_t mode, struct Vnode **vnode);// 创建目录节点
    int (*Readdir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 读目录节点信息
    int (*Opendir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 打开目录节点
    int (*Rewinddir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 定位目录节点
    int (*Closedir)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);// 关闭目录节点
    int (*Getattr)(struct Vnode *vnode, struct stat *st);// 获取节点属性
    int (*Setattr)(struct Vnode *vnode, struct stat *st);// 设置节点属性
    int (*Chattr)(struct Vnode *vnode, struct IATTR *attr);// 改变节点属性
    int (*Rename)(struct Vnode *src, struct Vnode *dstParent, const char *srcName, const char *dstName);
    int (*Truncate)(struct Vnode *vnode, off_t len);// 缩小或扩大
    int (*Truncate64)(struct Vnode *vnode, off64_t len);
    int (*Fscheck)(struct Vnode *vnode, struct fs_dirent_s *dir);