作者 | 陳豪

審校 | 孫淑娟

一、簡介

FUSE(Filesystem in Userspace)，是一種用戶空間文件系統(tǒng)。用戶可以通過FUSE文件系統(tǒng)操作內(nèi)卡。FUSE主要實現(xiàn)代碼位于用戶空間中，而不需要重新編譯到內(nèi)核，用戶空間開發(fā)者可以通過FUSE的接口直接訪問內(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，這給用戶空間開發(fā)者帶來了眾多便利。

二、FUSE文件系統(tǒng)架構

1.FUSE內(nèi)核模塊(內(nèi)核態(tài))實現(xiàn)VFS 接口(FUSE文件驅動注冊、supper block、dentry、inode的維護)，接收請求傳遞給LibFUSE，LibFUSE 再傳遞給用戶程序的接口進行操作。

2.LibFUSE模塊(用戶態(tài))實現(xiàn)文件系統(tǒng)主要框架，比如對實現(xiàn)的文件系統(tǒng)操作進行封裝、mount管理、通過設備/dev/fuse與內(nèi)核模塊通信。

3.用戶程序模塊(用戶態(tài))當內(nèi)卡掛載成功后，對內(nèi)卡進行讀寫操作。

這種架構的設計可以讓用戶通過FUSE在用戶空間來定制自己的文件系統(tǒng)，將文件系統(tǒng)從內(nèi)核剝離出來，大大縮減了開發(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。原因是這兩個目錄是綁定的關系，說明內(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請求后調用vol->mount，從而執(zhí)行VolumeBase::mount這個父類。真正的實現(xiàn)是在子類內(nèi)卡會調用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時掛載內(nèi)卡，為2時掛載SD卡。內(nèi)卡的mountUserId為0，SD卡的mountUserId是卡本身的guid。最終會執(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的實例，VolumeBase的mount方法由具體的子類EmulatedVolume、PublicVolume、PrivateVolume等實現(xiàn)。執(zhí)行操作之后會發(fā)送應答消息給MountService。將掛載的結果上報給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)卡會走到EmulatedVolume這個子類進行掛載，SD卡則會走PublicVolume掛載。在EmulatedVolume函數(shù)里建立了四個/mnt/runtime路徑并設置了不同的權限，原因是控制不同權限APP訪問。然后利用掛載命名空間實現(xiàn)了掛載點的隔離，用戶在不同掛載命名空間的進程，看到的目錄層次不同。MountUserFuse是掛載FUSE的實現(xiàn)，內(nèi)卡和SD卡都會走這個流程。著重看一下MountUserFuse函數(shù)的實參，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。隨后調用mount函數(shù)調用內(nèi)核接口進行掛載，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

本文介紹了內(nèi)卡對FUSE的掛載，將創(chuàng)建好的FUSE設備掛載到內(nèi)置存儲空間關聯(lián)目錄。對于內(nèi)置存儲空間的訪問變成了先訪問FUSE文件系統(tǒng)，再訪問f2fs文件系統(tǒng)。對于FUSE而言，在內(nèi)核空間和用戶空間來回切換會增加性能開銷，所以對FUSE的性能優(yōu)化至關重要。

作者介紹

陳豪，51CTO社區(qū)編輯，具有6年工作經(jīng)驗的高級系統(tǒng)工程師。擅長技能有Linux內(nèi)嵌匯編語言，Python，C，C++，Java，Linux內(nèi)核分析，智能機器人軟件設計等。

參考鏈接

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

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