open()の実装を 読んでみる Kernel/VM探検隊@北陸 part4 @happynote3966

$ whoami はっぴーのーと(@happynote3966) どこかの学生 happynote3966.hatenadiary.com 興味のあること：OSとか仮想化とかセキュリティとか SecHack365というイベントでQEMUをｲｼﾞｲｼﾞ 2

$ whoami はっぴーのーと(@happynote3966) どこかの学生 happynote3966.hatenadiary.com 興味のあること：OSとか仮想化とかセキュリティとか SecHack365というイベントでQEMUをｲｼﾞｲｼﾞ 3

動機 OSの勉強のためにLinuxのソースコードを読んでみようとは誰もが考える →何度か挑んでみてもワケがわからなくなり終了する 「Linuxのコア部分の入り口になるシステムコールなら読みやすいんじゃないか？」 →「じゃあやってみよう！とりあえず open()からやってみるか！」 ユーザーモードアプリケーション ライブラリ システムコール(open) い ろ い ろ

Linuxのバージョン commit 31130a16d459de809cd1c03eabc9567d094aae6a 4.19-rc1(だと思う)

どこにopen()があるのか？

システムコールの呼び出し場所 fs/open.c内の1074行目

do_sys_open

do_sys_open

呼び出しの前提 int fd = open(“file.txt”,O_RDONLY)

読む時に意識すること likelyマクロとunlikelyマクロを利用する(※) likelyマクロは条件が真になりやすく、unlikelyマクロは条件が偽になりやすい →likelyの部分はなるべく読んで、unlikelyの部分はなるべく読まない errnoの存在を利用する 今回はopen()システムコールが無事に成功することを前提にする →errnoが代入されたりするようなところはなるべく読まない (※)https://qiita.com/kaityo256/items/8a0c5376fad17907e1f6

build_open_flags()周辺を読む

ソースコード

やっていること 開きたいファイルのopen_flags構造体を初期化している 関数自体は0を返すので、呼び出し元の次のif文は実行されない struct open_flags{ int open_flag; umode_t mode; int acc_mode; int intent; int lookup_flags; }

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW)

tmp = getname(filename)周辺を読む (getname_flags(filename,0,NULL))

ソースコード

やっていること 開きたいファイルの名前に関するfilename構造体を スラブアロケータから取得して初期化している その後、初期化したfilename構造体へのポインタを返す struct filename{ const char *name; const __user char *uptr int refcnt; struct audit_names *aname; const char iname[]; }

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW) filename name = iname uptr = “file.txt”(userland) refcnt = 1 aname = NULL iname[] = “file.txt”

fd = get_unused_fd_flags(flags)周辺を読む (__alloc_fd(current->files,0,rlimit(RLIMIT_NOFILE),flags))

ソースコード

やっていること 開きたいファイルのファイルディスクリプタを割り当ててもらう 今割り当てられているファイルディスクリプタの中から空いているものを選ぶ （今回だと3になる） struct fdtable{ unsigned int max_fds; struct file __rcu **fd; unsigned long *close_on_exec; unsigned long *open_fds; unsigned long *full_fds_bits; struct rcu_head rcu; }

イメージ struct fdtable{ unsigned int max_fds; struct file __rcu **fd; unsigned long *close_on_exec; unsigned long *open_fds; unsigned long *full_fds_bits; struct rcu_head rcu; } kvmallocで割り当てられた領域 open_fdsの領域 11100000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 close_on_execの領域 full_fds_bitsの領域

do_filp_openを読む

ソースコード

set_nameidata()での処理 パス名の検索処理に関連する構造体であるnameidata構造体を初期化する struct nameidata{ struct path path; struct qstr last; struct path root; struct inode *inode; unsigned int flags; unsigned seq, m_seq; int last_type; unsigned depth; int total_link_count; struct saved { struct path link; struct delayed_call done; const char *name; unsigned seq; } *stack, internal[EMBEDDED_LEVELS]; struct filename *name; struct nameidata *saved; struct inode *link_inode; unsigned root_seq; int dtf; }

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW) filename name = iname uptr = “file.txt”(userland) refcnt = 1 aname = NULL iname[] = “file.txt” nameidata path last root inode flags seq m_seq last_type depth total_link_count = old->total_link_count; stack internal[EMBEDDED_LEVELS] name saved = current->nameidata link_inode root_seq dfd = AT_FDCWD

path_openat()

alloc_empty_file()での処理 オープンされているファイルとプロセスとのやり取りに関する file構造体を作成している struct file{ union { struct llist_node fu_llist; struct rcu_head fu_rcuhead; }f_u; struct path fpath; struct inode *f_inode; const struct file_operations *f_op; spinlock_t f_lock; enum rw_hint f_write_hint; atomic_long_t f_count; unsigned int f_flags; fmode_t f_mode; struct mutex f_pos_lock; loff_t f_pos; struct fown_struct f_owner; const struct cred *f_cred; struct file_ra_state f_ra; u64 f_verson; void *f_security; void *private_data; struct list_head f_ep_links; struct list_head f_tfile_lliink; struct address_space *f_mapping; errseq_t f_wb_err; }

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW) filename name = iname uptr = “file.txt”(userland) refcnt = 1 aname = NULL iname[] = “file.txt” nameidata path last root inode flags seq m_seq last_type depth total_link_count = old->total_link_count; stack internal[EMBEDDED_LEVELS] name saved = current->nameidata link_inode root_seq dfd = AT_FDCWD file f_u; fpath; f_inode; f_op; f_lock; f_write_hint; f_count = 1 f_flags = 0 f_mode = 1(FMODE_READ) f_pos_lock; f_pos; f_owner; f_cred = current->cred f_ra; f_verson; f_security; private_data; f_ep_links; f_tfile_lliink; f_mapping; f_wb_err;

path_init(一部省略)

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW) filename name = iname uptr = “file.txt”(userland) refcnt = 1 aname = NULL iname[] = “file.txt” nameidata path = current->fs->pwd last = (.hash_len = hash_len,.name = ) root inode = flags = LOOKUP_FOLLOW | LOOKUP_RCU | LOOKUP_PARENT seq m_seq last_type = LAST_NORM depth = 0 total_link_count = old->total_link_count; stack internal[EMBEDDED_LEVELS] name saved = current->nameidata link_inode root_seq dfd = AT_FDCWD file f_u; fpath; f_inode; f_op; f_lock; f_write_hint; f_count = 1 f_flags = 0 f_mode = 1(FMODE_READ) f_pos_lock; f_pos; f_owner; f_cred = current->cred f_ra; f_verson; f_security; private_data; f_ep_links; f_tfile_lliink; f_mapping; f_wb_err; dentry struct inode *d_inode; inode const struct file_operations i_fop; file_operations (ext4_file_operations)

link_path_walk()の処理 dエントリキャッシュのハッシュテーブルを探すために ハッシュ値を計算するらしい （詳しいハッシュの計算などは分からなかった）

do_last()（※抜粋）

vfs_open()

do_dentry_open()（※抜粋）

open_flags open_flag = 0 mode = 0 acc_mode = 004 intent = 0x100 (LOOKUP_OPEN) lookup_flags = 0x001 (LOOKUP_FOLLOW) filename name = iname uptr = “file.txt”(userland) refcnt = 1 aname = NULL iname[] = “file.txt” nameidata path = current->fs->pwd last = (.hash_len = hash_len,.name = ) root inode = flags = LOOKUP_FOLLOW | LOOKUP_RCU | LOOKUP_PARENT seq m_seq last_type = LAST_NORM depth = 0 total_link_count = old->total_link_count; stack internal[EMBEDDED_LEVELS] name saved = current->nameidata link_inode root_seq dfd = AT_FDCWD file f_u; fpath; f_inode; f_op; f_lock; f_write_hint; f_count = 1 f_flags = 0 f_mode = 1(FMODE_READ) f_pos_lock; f_pos; f_owner; f_cred = current->cred f_ra; f_verson; f_security; private_data; f_ep_links; f_tfile_lliink; f_mapping; f_wb_err; dentry struct inode *d_inode; inode const struct file_operations i_fop; file_operations (ext4_file_operations)

file_operations構造体(※抜粋) struct file_operations{ struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *,loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char __user *,size_t,loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *); int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *); int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *); __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file*, struct vm_area_struct *); unsigned long mmap_supported_flags; int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);

ファイルシステムの確認 ファイルシステムの種類を確認するにはdf -Tコマンドを使う

ext4のfile_operations fs/ext4/inode.cにある

まとめ ①ファイルの権限やモードに関するopen_flags構造体を作成し

まとめ ①ファイルの権限やモードに関するopen_flags構造体を作成し ②ファイルの名前に関するfilename構造体を作成して

まとめ ①ファイルの権限やモードに関するopen_flags構造体を作成し ②ファイルの名前に関するfilename構造体を作成して ③空いているファイルディスクリプタを探して

まとめ ①ファイルの権限やモードに関するopen_flags構造体を作成し ②ファイルの名前に関するfilename構造体を作成して ③空いているファイルディスクリプタを探して ④指定されたファイル名が存在する ファイルシステムに沿ったfile_operationsのopenを実行する

今後の課題や感想 [課題]もっと色んな引数のパターンを想定したソースコードリーディングを行う すごく単純な場合で読んだために「特殊な場合」を読めていない [課題]カーネルデバッグをしながら読むべきだった 実際の値を確認していないからどこか間違っている可能性大

今後の課題や感想 [課題]もっと色んな引数のパターンを想定したソースコードリーディングを行う すごく単純な場合で読んだために「特殊な場合」を読めていない [課題]カーネルデバッグをしながら読むべきだった 実際の値を確認していないからどこか間違っている可能性大 [感想]Linuxの一部を理解するだけでも難しかったのに Linux & 人の気持ちを完全に理解しているLinusはスゴイ

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