The_Linux_Kernel_API

### Linux Kernel API 知识点解析 #### 一、Linux VFS (Virtual File System) Linux VFS 是一个抽象层，它允许操作系统与多种文件系统进行交互。VFS 的设计目标是提供一个统一的接口，使得内核能够支持各种不同的文件系统而无需修改核心代码。 ##### 1.1 目录缓存 目录缓存（Directory Cache）是用来加速目录查找过程的缓存机制。在 Linux 内核中，dentry 结构体被用来表示文件系统的目录项，而目录缓存就是基于 dentry 结构体构建的。 - **d_invalidate**: 清除特定目录项（dentry）的缓存。当一个文件或目录的信息发生变化时，如重命名、删除等操作后，通常会调用该函数来更新缓存。 - **d_find_alias**: 查找一个给定的别名所对应的 dentry。这在处理符号链接时非常有用。 - **prune_dcache**: 用于清理目录缓存中的无效条目。当内存紧张时，内核可能会调用此函数来释放一些内存空间。 - **shrink_dcache_sb**: 这个函数会清理指定超级块（superblock）下的所有目录缓存。通常在卸载文件系统之前调用。 - **have_submounts**: 检查给定的 dentry 是否有子挂载点。这对于处理文件系统的挂载和卸载非常重要。 - **shrink_dcache_parent**: 类似于 `shrink_dcache_sb`，但是只清理指定 dentry 的父级目录缓存。 - **d_alloc**: 创建一个新的 dentry 结构。这是创建新文件或目录的第一步。 - **d_instantiate**: 将一个已存在的 dentry 关联到一个新的 inode 上。通常在创建新文件时调用。 - **d_alloc_root**: 创建根目录的 dentry。 - **d_lookup**: 在给定目录下查找一个文件。如果找到了，返回相应的 dentry；如果没有找到，则返回 NULL。 - **d_validate**: 验证一个 dentry 的有效性。例如，检查是否已经被删除或者其 inode 是否已被回收。 - **d_delete**: 删除一个 dentry。当一个文件或目录不再被引用时，会调用此函数来清理。 - **d_rehash**: 重新散列 dentry 缓存中的条目。当缓存结构发生变化时，比如添加了新的条目，可能需要重新计算哈希值。 - **d_move**: 移动一个 dentry 到另一个目录。这在文件或目录重命名时非常有用。 - **__d_path**: 获取一个 dentry 所代表路径的字符串表示形式。通常用于调试目的。 - **is_subdir**: 判断一个 dentry 是否是另一个 dentry 的子目录。这对于处理权限问题非常有用。 - **find_inode_number**: 根据给定的 dentry 查找其 inode 编号。 - **d_drop**: 减少对一个 dentry 的引用计数。如果引用计数变为零，则删除该 dentry。 - **d_add**: 增加对一个 dentry 的引用计数。这表明有更多的进程正在使用这个 dentry。 - **dget**: 增加 dentry 的引用计数。类似于 `d_add`，但通常用于更具体的场景。 - **d_unhashed**: 从缓存中移除一个 dentry 的哈希表条目。这通常发生在 dentry 被删除之前。 ##### 1.2 Inode 处理 inode（节点）是文件系统中存储有关文件数据元信息的数据结构。每个文件或目录都有一个唯一的 inode。 - **__mark_inode_dirty**: 标记一个 inode 为脏状态。这意味着 inode 的某些信息已经更改，需要写入磁盘。 - **write_inode_now**: 强制将 inode 的更改写入磁盘。这通常在文件系统同步时使用。 - **clear_inode**: 清除 inode 中的所有信息。通常在 inode 被释放之前调用。 - **invalidate_inodes**: 使一组 inodes 无效。通常在文件系统卸载时调用。 - **get_empty_inode**: 分配一个新的空 inode。 - **iunique**: 设置一个 inode 的唯一标志。这通常用于防止多个 inode 具有相同的编号。 - **insert_inode_hash**: 将 inode 插入到哈希表中。 - **remove_inode_hash**: 从哈希表中移除一个 inode。 - **iput**: 释放一个 inode。当 inode 的引用计数变为零时调用。 - **bmap**: 返回文件的某个块的位置。这通常用于读取或写入文件块。 - **update_atime**: 更新 inode 的访问时间。 - **make_bad_inode**: 将一个 inode 标记为坏。这通常是因为检测到文件系统损坏。 - **is_bad_inode**: 检查一个 inode 是否被标记为坏。 ##### 1.3 注册与超级块 超级块（superblock）是文件系统中存储全局信息的区域，包括文件系统的类型、块大小等信息。 - **register_filesystem**: 注册一个新的文件系统类型。这使得内核能够识别并挂载这种类型的文件系统。 - **unregister_filesystem**: 反注册一个文件系统类型。这通常在卸载文件系统时调用。 - **__wait_on_super**: 等待超级块的某个条件满足。这通常用于确保超级块已经完全加载。 - **get_super**: 获取一个超级块的引用。 - **get_empty_super**: 分配一个新的超级块。 #### 二、Linux 网络编程 Linux 内核提供了丰富的网络编程接口，这些接口可以帮助开发者实现高效的网络通信。 ##### 2.1 Socket Buffer Functions socket buffer（sk_buff 或 skb）是一种数据结构，用于在网络栈中传递数据包。 - **skb_queue_empty**: 检查 socket buffer 队列是否为空。 - **skb_get**: 获取 socket buffer 的引用。 - **kfree_skb**: 释放一个 socket buffer。 - **skb_cloned**: 检查一个 socket buffer 是否被克隆。 - **skb_shared**: 检查一个 socket buffer 是否与其他 socket buffer 共享数据。 - **skb_unshare**: 为 socket buffer 分配私有副本。 - **skb_peek**: 获取 socket buffer 队列的第一个元素，但不从队列中移除。 - **skb_peek_tail**: 获取 socket buffer 队列的最后一个元素。 - **skb_queue_len**: 获取 socket buffer 队列的长度。 - **__skb_queue_head**: 向 socket buffer 队列头部添加元素。 - **skb_queue_head**: 向 socket buffer 队列头部添加元素。 - **__skb_queue_tail**: 向 socket buffer 队列尾部添加元素。 - **skb_queue_tail**: 向 socket buffer 队列尾部添加元素。 - **__skb_dequeue**: 从 socket buffer 队列头部移除元素。 - **skb_dequeue**: 从 socket buffer 队列头部移除元素。 - **skb_insert**: 在 socket buffer 队列中的两个元素之间插入新元素。 - **skb_append**: 在 socket buffer 队列的末尾追加新元素。 - **skb_unlink**: 从 socket buffer 队列中移除元素。 - **__skb_dequeue_tail**: 从 socket buffer 队列尾部移除元素。 - **skb_dequeue_tail**: 从 socket buffer 队列尾部移除元素。 - **skb_put**: 向 socket buffer 的尾部添加数据。 - **skb_push**: 向 socket buffer 的头部添加数据。 - **skb_pull**: 从 socket buffer 的头部移除数据。 - **skb_headroom**: 获取 socket buffer 的头部可用空间大小。 - **skb_tailroom**: 获取 socket buffer 的尾部可用空间大小。 - **skb_reserve**: 预留 socket buffer 的一部分空间。 - **skb_trim**: 调整 socket buffer 的数据大小。 - **skb_orphan**: 断开 socket buffer 与原始数据的关联。 - **skb_queue_purge**: 清空 socket buffer 队列。 - **__skb_queue_purge**: 清空 socket buffer 队列。 - **dev_alloc_skb**: 分配一个新的 socket buffer。 - **skb_cow**: 对 socket buffer 执行 copy-on-write 操作。 - **skb_over_panic**: 检查 socket buffer 是否超过最大长度。 - **skb_under_panic**: 检查 socket buffer 是否低于最小长度。 - **alloc_skb**: 分配一个新的 socket buffer。 - **__kfree_skb**: 释放 socket buffer 并释放其关联的内存。 以上这些函数和数据结构为 Linux 内核的文件系统管理和网络通信提供了强大的支持。它们是 Linux 内核的核心组成部分之一，对于理解 Linux 内核的工作原理以及开发基于 Linux 的应用程序至关重要。