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Android内卡挂载之FUSE文件系统 原创
开发 前端
FUSE(Filesystem in Userspace),是一种用户空间文件系统。用户可以通过FUSE文件系统操作内卡。FUSE主要实现代码位于用户空间中,而不需要重新编译到内核,用户空间开发者可以通过FUSE的接口直接访问内核空间,不需要了解文件系统的内幕和内核模块编程的知识,这给用户空间开发者带来了众多便利。

作者 | 陈豪

审校 | 孙淑娟

一、简介

FUSE(Filesystem in Userspace),是一种用户空间文件系统。用户可以通过FUSE文件系统操作内卡。FUSE主要实现代码位于用户空间中,而不需要重新编译到内核,用户空间开发者可以通过FUSE的接口直接访问内核空间,不需要了解文件系统的内幕和内核模块编程的知识,这给用户空间开发者带来了众多便利。

二、FUSE文件系统架构

1.FUSE内核模块(内核态)实现VFS 接口(FUSE文件驱动注册、supper block、dentry、inode的维护),接收请求传递给LibFUSE,LibFUSE 再传递给用户程序的接口进行操作。

2.LibFUSE模块(用户态)实现文件系统主要框架,比如对实现的文件系统操作进行封装、mount管理、通过设备/dev/fuse与内核模块通信。

3.用户程序模块(用户态)当内卡挂载成功后,对内卡进行读写操作。

这种架构的设计可以让用户通过FUSE在用户空间来定制自己的文件系统,将文件系统从内核剥离出来,大大缩减了开发的难度。本文将着重介绍libfuse如何挂载内卡。

三、内卡的挂载

3.1 内卡挂载与分区挂载的不同

分区挂载是挂载到内核实地文件系统,例如userdata分区挂载f2fs到 /data目录下。内卡挂载是挂载用户空间文件系统,如dev/fuse 挂载fuse到mnt/user/0/emulated目录下。

上图mnt/user/0/emulated和/data/media/0下的内容是一样的。原因是这两个目录是绑定的关系,说明内卡是userdata的一部分。这部分空间是用户可以直接操作的。

在手机的文件管理器中也可以看到同样的目录:

3.2 内卡挂载和绑定

VoldNativeService::mount接收到framwork层发送的mount请求后调用vol->mount,从而执行VolumeBase::mount这个父类。真正的实现是在子类内卡会调用EmulatedVolume::doMount执行挂载。

1.VoldNativeService::mount

mountFlags决定挂载的是内卡还是SD卡,为3时挂载内卡,为2时挂载SD卡。内卡的mountUserId为0,SD卡的mountUserId是卡本身的guid。最终会执行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的实例,VolumeBase的mount方法由具体的子类EmulatedVolume、PublicVolume、PrivateVolume等实现。执行操作之后会发送应答消息给MountService。将挂载的结果上报给framwork层。

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 ()

内卡会走到EmulatedVolume这个子类进行挂载,SD卡则会走PublicVolume挂载。在EmulatedVolume函数里建立了四个/mnt/runtime路径并设置了不同的权限,原因是控制不同权限APP访问。然后利用挂载命名空间实现了挂载点的隔离,用户在不同挂载命名空间的进程,看到的目录层次不同。MountUserFuse是挂载FUSE的实现,内卡和SD卡都会走这个流程。着重看一下MountUserFuse函数的实参,如果挂载的是内卡,user_id则为0,getInternalPath()为/data/media,label为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();

如下函数中只粘贴了重要的部分。fuse_path是挂载路径mnt/user/0/emulated。随后调用mount函数调用内核接口进行挂载,将/dev/fuse 挂载到/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()));
}

挂载成功后可以用mount命令去查看,截图如下:

四、总结

本文介绍了内卡对FUSE的挂载,将创建好的FUSE设备挂载到内置存储空间关联目录。对于内置存储空间的访问变成了先访问FUSE文件系统,再访问f2fs文件系统。对于FUSE而言,在内核空间和用户空间来回切换会增加性能开销,所以对FUSE的性能优化至关重要。

作者介绍

陈豪,51CTO社区编辑,具有6年工作经验的高级系统工程师。擅长技能有Linux内嵌汇编语言,Python,C,C++,Java,Linux内核分析,智能机器人软件设计等。

参考链接

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

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


责任编辑:华轩 来源: 51CTO
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