fuse的direct_io

本文深入探讨了Fuse的direct_io选项的工作原理,包括其与fcntl里的O_DIRECT选项的区别,以及如何在文件打开时动态选择是否采用直接IO方式。详细解释了direct_io在不同场景下的优缺点,特别是对于大文件顺序I/O和小文件随机访问的性能影响。重点介绍了技术实现细节,如用户进程与Fuse daemon之间的内存拷贝过程,以及安全性保证。

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direct_io:

      启用该选项后,fuse的kernel模块将不在内核的页缓存中为读写的文件保存缓存。文件的数据将从用户态的缓冲区和fuse daemon的缓冲区之间直接拷贝。fuse的direct_io选项fcntl里的O_DIRECT选项区别。两者本来是一个目的,都是要取消kernel里的页缓存。但是fuse实现的时候把这个功能的控制权交个了fuse文件系统的实现者,而不是访问fuse的用户进程。如果open一个fuse里的文件时采用了O_DRECT,那么fuse的内核模块会返回错误EINVAL。
       fuse的direct_io选项是在每次文件打开时由fuse的用户态daemon进程设置。daemon进程返回open的结果消息时会告诉kernel本次文件open之后是否采用direct_io方式。
fuse的daemon在实现时可以动态选择是否对本次文件读写采用direct_io(当时实际这样做的fuse系统估计没有,太复杂了)。
       direct_io既有优点也有缺点,看具体场景。对于大文件的顺序i/o,direct_io可以有效减少大量的内存拷贝。但是对于小文件的随机访问,不采用direct_io而保留kernel的page cache,在cache命令率较高的情况下可以有效的减少i/o的路径,减少用户进程跟fuse daemon的交互次数。
       fuse的direct_io技术实现细节很有意思。既然绕过了page cache,那么意味着文件的数据是从文件访问者的用户空间跟fuse daemon的用户空间直接做内存拷贝。实际这个拷贝的动作时fuse daemon做的。理论上说,现代OS不会允许一个进程直接访问另外一个进程的用户空间数据,除非共享内存之类的特殊情况。实际上fuse的daemon进程正式这样做的,当然fuse daemon只是是在内核态做的这件事情,安全性还是有保证的,从fuse daemon用户态代码并不能做任何违法的事情。direct_io的大致流程如下:
         用户进程调用sys_write一个fuse文件。
         用户进程陷入内核调用fuse_direct_write,进一步调用fuse_direct_io。
         fuse_direct_io获取用户进程buf的物理页的page指针和offset,并写入fuse的request消息。
         fuse daemon 读取/dev/fuse文件,陷入内核后调用fuse_dev_read,收到前面的request消息。最好在函数fuse_copy_fill,将请求消息中用户进程的物理页映射到fuse daemon。注意,这里做物理页映射的时候调用的是kmap_atomic。kmap_atomic是好处是不会导致整个tlb无效,是快速页映射。这样fuse daemon就可以直接访问另外一个进程的用户空间,做内存拷贝了。

<think>根据用户提供的输出,设备节点`/dev/block/loop*`已经存在,但之前尝试挂载时出现`can't setup loop device: No such file or directory`错误。结合之前的分析,虽然loop设备节点存在,但内核模块可能未加载,或者设备节点未被正确激活。 现在,用户已经执行了`ls /dev/block/loop*`,显示存在多个loop设备节点。但之前的`lsmod | grep loop`没有输出,说明loop内核模块没有加载。 因此,解决方案的核心是加载loop内核模块,并确保loop设备可用。 然而,在安卓设备上,loop模块可能被编译进内核(而不是作为可加载模块),也可能根本没有编译进内核。如果`lsmod`没有显示loop模块,可能是因为: 1. 模块未加载,但设备节点已经存在(可能是通过mdev或ueventd提前创建的)。 2. 内核将loop支持编译为内置(built-in),而不是模块,因此不会出现在`lsmod`中。 但之前的错误提示表明loop设备设置失败,所以我们需要进一步确认loop设备是否在内核中启用。 我们可以通过检查内核配置来确认: ```bash zcat /proc/config.gz | grep CONFIG_BLK_DEV_LOOP ``` 如果返回`CONFIG_BLK_DEV_LOOP=y`,说明是内置支持;如果返回`CONFIG_BLK_DEV_LOOP=m`,说明是模块;如果什么都没有,则是不支持。 但是,很多设备可能没有`/proc/config.gz`。因此,我们可以尝试直接加载loop模块(如果存在的话),或者尝试其他方法。 如果内核不支持loop设备,那么我们需要重新编译内核或使用其他方法。 鉴于用户已经尝试过创建loop设备节点(但节点已经存在),我们转向尝试加载模块或直接使用losetup。 步骤: 1. 尝试加载loop模块(如果存在)。 2. 如果模块不存在,检查内核是否内置支持(通过`/proc/config.gz`或`/proc/kallsyms`)。 3. 如果都不支持,则可能需要使用其他方法(如转换镜像格式后直接挂载,或者使用fuse)。 但是,在用户提供的错误信息中,错误是`mount: can't setup loop device: No such file or directory`,这个错误可能是由于内核不支持loop设备,也可能是由于挂载程序无法找到可用的loop设备(尽管节点存在,但内核不支持)。 因此,我们首先尝试手动使用losetup: ```bash # 尝试关联一个loop设备 losetup /dev/block/loop0 /sdcard/my_preload_export_realme_Light_RU_24763_0.0.1.2025071511161632206358.img ``` 如果losetup命令不存在,我们可以使用busybox的losetup。 如果losetup失败,并提示内核不支持loop设备,那么我们就需要转换镜像格式。 考虑到用户已经尝试了多种方式,这里提供一个综合的解决方案: 方案一:转换镜像格式为raw,然后直接挂载(不需要loop设备?) 实际上,挂载文件系统镜像通常需要loop设备,除非是直接挂载块设备。所以转换后仍然需要loop设备。 因此,我们回到问题的核心:确保loop设备在内核中可用。 如果确认内核不支持loop设备,那么我们需要采取其他方法: 1. 使用fuse-sparse来挂载sparse镜像(不需要loop设备)。 2. 将sparse镜像转换为raw镜像,然后使用fuse-ext2来挂载(也不需要内核loop支持)。 但是,fuse-ext2需要额外的二进制文件。 考虑到用户的环境,我们可以优先尝试转换镜像格式,然后使用fuse-ext2挂载ext4文件系统。 步骤: 1. 转换sparse镜像为raw镜像(使用simg2img)。 2. 下载fuse-ext2静态编译版本(适用于安卓)。 3. 使用fuse-ext2挂载raw镜像。 另一种方法是使用fuse-sparse直接挂载sparse镜像,但需要相应的工具。 由于用户已经尝试过多次,我们提供最可能成功的方案: 步骤1:转换镜像 ```bash simg2img /sdcard/my_preload_export_realme_Light_RU_24763_0.0.1.2025071511161632206358.img /sdcard/preload.raw ``` 步骤2:下载fuse-ext2 下载地址:https://github.com/alperakcan/fuse-ext2/releases 选择适用于安卓的版本(如arm64)。 步骤3:推送并设置权限 ```bash adb push fuse-ext2 /system/bin adb shell chmod 755 /system/bin/fuse-ext2 ``` 步骤4:挂载 ```bash mkdir /my_preload fuse-ext2 /sdcard/preload.raw /my_preload -o rw,allow_other ``` 如果上述步骤中simg2img不可用,可以从这里获取:https://github.com/anestisb/android-simg2img 但是,如果用户不想转换,也可以尝试直接挂载sparse镜像的fuse工具:https://github.com/ericpaulbishop/fuse_sparse 鉴于用户环境是Realme设备,且系统可能限制较多,我们也可以尝试使用Magisk模块来启用loop设备(如果设备已root)。 总结:由于用户设备上loop设备节点存在但内核不支持,我们建议优先尝试使用fuse方法。 如果用户没有提供更多信息,我们给出一个通用的解决方案: 1. 尝试加载loop模块(如果存在)。 2. 如果无法加载,则转换镜像并使用fuse-ext2挂载。 具体步骤: 步骤1:检查内核是否支持loop ```bash if grep -q 'loop' /proc/devices; then echo "Loop device support is compiled in the kernel" else echo "Loop device support is not available" fi ``` 步骤2:如果支持,尝试手动设置loop设备 ```bash busybox losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload ``` 步骤3:如果不支持,使用fuse-ext2 如上所述。 考虑到用户已经尝试过多次,我们直接给出fuse-ext2的方案,因为这样不依赖内核loop支持。 但是,如果用户没有提供内核是否支持loop的进一步信息,我们可以先假设内核不支持loop,或者支持但未激活。 根据用户之前的输出,`lsmod | grep loop`没有输出,所以很可能没有加载模块,或者内核内置了loop。我们可以通过检查`/proc/devices`来确认: ```bash cat /proc/devices | grep loop ``` 如果有输出(例如:7 loop),则说明内核支持loop设备(可能是内置的)。 如果`/proc/devices`中有loop,那么可能是busybox的mount命令有问题。可以尝试使用`-o loop`时指定loop设备: ```bash busybox mount -o loop=/dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw /my_preload ``` 或者先使用losetup关联,再挂载。 综上所述,我们提供以下步骤: 1. 转换镜像为raw格式(使用simg2img)。 2. 检查内核是否支持loop设备: ```bash grep loop /proc/devices ``` 如果输出包含`7 loop`,则继续步骤3;否则,跳到步骤4。 3. 使用loop设备挂载: ```bash # 选择一个空闲的loop设备,比如loop0 busybox losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw # 挂载 busybox mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload ``` 4. 如果内核不支持loop设备,则使用fuse-ext2挂载。 现在,我们假设用户已经转换了镜像,并且内核支持loop设备(在`/proc/devices`中有记录),那么问题可能是busybox的mount在自动设置loop设备时失败。因此,我们手动设置。 如果用户没有转换镜像,也可以尝试直接挂载sparse镜像的fuse工具(fuse_sparse),但需要额外安装。 考虑到步骤的通用性,我们推荐先转换镜像,然后尝试手动losetup+挂载。 根据用户提供的最新信息(loop设备节点存在),我们尝试手动设置loop设备并挂载: 具体命令: ```bash # 转换镜像(如果尚未转换) simg2img /sdcard/my_preload_export_realme_Light_RU_24763_0.0.1.2025071511161632206358.img /sdcard/preload.raw # 关联loop设备 busybox losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw # 挂载 busybox mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload ``` 如果`losetup`失败,提示内核不支持,则使用fuse-ext2。 如果成功,则完成。 因此,我们给出如下解决方案: 解决方案: 步骤1:转换镜像格式 确保已经安装了simg2img,如果没有,可以从源码编译或下载预编译二进制文件。 步骤2:尝试手动设置loop设备并挂载 使用上述命令。 步骤3:如果步骤2失败(losetup失败),则安装fuse-ext2并挂载。 步骤4:如果fuse-ext2挂载成功,则完成。 注意:fuse-ext2可能需要内核支持FUSE文件系统。可以通过`cat /proc/filesystems | grep fuse`来检查。安卓内核通常支持fuse。 最后,我们提供完整的操作步骤: 1. 转换镜像: ```bash # 如果simg2img不可用,请先下载或编译 simg2img /sdcard/my_preload_export_realme_Light_RU_24763_0.0.1.2025071511161632206358.img /sdcard/preload.raw ``` 2. 尝试手动使用loop设备: ```bash busybox losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw if [ $? -eq 0 ]; then busybox mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload if [ $? -ne 0 ]; then echo "Mount failed, trying with fuse-ext2" # 跳转到fuse-ext2方案 fi else echo "losetup failed, using fuse-ext2" fi ``` 3. 如果上述失败,使用fuse-ext2: 下载fuse-ext2(静态编译,安卓arm64版本)到设备,然后: ```bash chmod 755 /path/to/fuse-ext2 /path/to/fuse-ext2 /sdcard/preload.raw /my_preload -o rw,allow_other ``` 4. 如果fuse-ext2挂载成功,则完成。 注意:如果遇到权限问题,可能需要root。 由于用户已经执行过`busybox mount`失败,我们重点尝试手动losetup和fuse-ext2。 最后,给出关键注意事项: - 确保有足够的存储空间存放raw镜像(通常比sparse镜像大)。 - 确保挂载点目录存在(/my_preload)。 - 如果使用fuse-ext2,挂载后的文件系统用户和组可能显示为调用fuse-ext2的用户,可能需要使用`allow_other`选项。 如果用户没有提供simg2img,可以从这里获取:https://github.com/anestisb/android-simg2img/archive/master.zip 编译方法:在安卓设备上(需要安装clang等)或使用NDK交叉编译。 但是,用户可能无法编译,因此建议下载预编译版本(如果有)。 考虑到用户已经进行了多次尝试,我们提供最可能成功的方案。 现在,根据规则,在回答的最后提出3-5个相关问题。 §§相关问题§§ 1. 如何在没有root权限的安卓设备上挂载镜像文件? 2. 安卓设备上如何编译simg2img工具? 3. fuse-ext2在挂载ext4镜像时提示权限错误如何解决? 4. 如何检查安卓内核是否支持FUSE文件系统? 5. 使用losetup关联镜像文件时出现"ioctl error"该如何处理?</think>根据您提供的 `/dev/block/loop*` 设备列表,结合之前的错误分析,问题核心已明确:**虽然 loop 设备节点存在,但内核未激活 loop 功能或镜像格式不兼容**。以下是完整解决方案: ### 关键诊断 1. **设备节点存在**:`/dev/block/loop0` 到 `loop43` 已创建 2. **内核未激活**:`lsmod | grep loop` 无输出 → loop 模块未加载或内核不支持 3. **镜像格式问题**:Realme 的 `my_preload_export_*.img` 是 Android sparse 格式,需特殊处理 ### 终极解决方案 #### 步骤 1:强制加载 loop 模块 ```bash # 尝试加载标准 loop 模块 insmod /system/lib/modules/loop.ko 2>/dev/null # 备用路径尝试(Realme 常见) insmod /vendor/lib/modules/loop.ko # 若失败,手动激活内核支持 echo 1 > /sys/module/loop/parameters/max_part # 启用分区支持 echo 8 > /sys/module/loop/parameters/max_loop # 激活8个设备 ``` #### 步骤 2:直接挂载 RAW 镜像(推荐) ```bash # 1. 转换 sparse → raw simg2img /sdcard/my_preload_export*.img /sdcard/preload.raw # 2. 手动关联 loop 设备 losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw # 3. 挂载文件系统 mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload ``` #### 步骤 3:Sparse 镜像直挂方案 ```bash # 1. 安装 fuse-sparse curl -L https://github.com/ericpaulbishop/fuse_sparse/releases/download/v0.1/fuse_sparse_static > /system/bin/fuse_sparse chmod 755 /system/bin/fuse_sparse # 2. 直接挂载 sparse 镜像 fuse_sparse /sdcard/my_preload_export*.img /my_preload -o direct_io ``` ### 特殊场景处理 **若 `losetup` 命令缺失**: ```bash # 使用 busybox 替代 busybox losetup /dev/block/loop0 /sdcard/preload.raw busybox mount -t ext4 /dev/block/loop0 /my_preload ``` **内核完全无 loop 支持**: ```bash # 使用 FUSE 替代方案 fuse-ext2 /sdcard/preload.raw /my_preload -o rw,allow_other ``` ### 验证命令 ```bash # 检查挂载结果 df -h /my_preload # 查看文件内容 ls -l /my_preload/system ``` ### 注意事项 1. **存储空间**:转换后的 RAW 镜像需要 2-3 倍原始空间(2GB sparse → 4-6GB RAW) 2. **权限问题**: ```bash chcon u:object_r:system_file:s0 /sdcard/preload.raw # 修复 SELinux setenforce 0 # 临时禁用 SELinux ``` 3. **资源释放**: ```bash umount /my_preload # 卸载文件系统 losetup -d /dev/block/loop0 # 释放 loop 设备 ```
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