详解Linux 2.6内核新文件系统变化机制

　　本文详细地介绍了在 Linux 2.6.13 内核中新引入的文件系统变化通知机制 inotify，并举例说明了它的使用与典型应用案例。
　　一、引言

　　众所周知，Linux 桌面系统与 MAC 或 Windows 相比有许多不如人意的地方，为了改善这种状况，开源社区提出用户态需要内核提供一些机制，以便用户态能够及时地得知内核或底层硬件设备发生了什么，从而能够更好地管理设备，给用户提供更好的服务，如 hotplug、udev 和 inotify 就是这种需求催生的。Hotplug 是一种内核向用户态应用通报关于热插拔设备一些事件发生的机制，桌面系统能够利用它对设备进行有效的管理，udev 动态地维护 /dev 下的设备文件，inotify 是一种文件系统的变化通知机制，如文件增加、删除等事件可以立刻让用户态得知，该机制是著名的桌面搜索引擎项目 beagle 引入的，并在 Gamin 等项目中被应用。

　　事实上，在 inotify 之前已经存在一种类似的机制叫 dnotify，但是它存在许多缺陷：

　　1．对于想监视的每一个目录，用户都需要打开一个文件描述符，因此如果需要监视的目录较多，将导致打开许多文件描述符，特别是，如果被监视目录在移动介质上（如光盘和 USB 盘），将导致无法 umount 这些文件系统，因为使用 dnotify 的应用打开的文件描述符在使用该文件系统。

　　2．dnotify 是基于目录的，它只能得到目录变化事件，当然在目录内的文件的变化会影响到其所在目录从而引发目录变化事件，但是要想通过目录事件来得知哪个文件变化，需要缓存许多 stat 结构的数据。

　　3．Dnotify 的接口非常不友好，它使用 signal。

　　Inotify 是为替代 dnotify 而设计的，它克服了 dnotify 的缺陷，提供了更好用的，简洁而强大的文件变化通知机制：

　　1．Inotify 不需要对被监视的目标打开文件描述符，而且如果被监视目标在可移动介质上，那么在 umount 该介质上的文件系统后，被监视目标对应的 watch 将被自动删除，并且会产生一个 umount 事件。

　　2．Inotify 既可以监视文件，也可以监视目录。

　　3．Inotify 使用系统调用而非 SIGIO 来通知文件系统事件。

　　4．Inotify 使用文件描述符作为接口，因而可以使用通常的文件 I/O 操作select 和 poll 来监视文件系统的变化。

　　Inotify 可以监视的文件系统事件包括：

IN_ACCESS，即文件被访问
IN_MODIFY，文件被 write
IN_ATTRIB，文件属性被修改，如 chmod、chown、touch 等
IN_CLOSE_WRITE，可写文件被 close
IN_CLOSE_NOWRITE，不可写文件被 close
IN_OPEN，文件被 open
IN_MOVED_FROM，文件被移走,如 mv
IN_MOVED_TO，文件被移来，如 mv、cp
IN_CREATE，创建新文件
IN_DELETE，文件被删除，如 rm
IN_DELETE_SELF，自删除，即一个可执行文件在执行时删除自己
IN_MOVE_SELF，自移动，即一个可执行文件在执行时移动自己
IN_UNMOUNT，宿主文件系统被 umount
IN_CLOSE，文件被关闭，等同于(IN_CLOSE_WRITE | IN_CLOSE_NOWRITE)
IN_MOVE，文件被移动，等同于(IN_MOVED_FROM | IN_MOVED_TO)
注：上面所说的文件也包括目录。

　　二、用户接口

　　在用户态，inotify 通过三个系统调用和在返回的文件描述符上的文件 I/ 操作来使用，使用 inotify 的第一步是创建 inotify 实例：

int fd = inotify_init ();

　　每一个 inotify 实例对应一个独立的排序的队列。

　　文件系统的变化事件被称做 watches 的一个对象管理，每一个 watch 是一个二元组（目标，事件掩码），目标可以是文件或目录，事件掩码表示应用希望关注的 inotify 事件，每一个位对应一个 inotify 事件。Watch 对象通过 watch描述符引用，watches 通过文件或目录的路径名来添加。目录 watches 将返回在该目录下的所有文件上面发生的事件。

　　下面函数用于添加一个 watch：

int wd = inotify_add_watch (fd, path, mask);

　　fd 是 inotify_init() 返回的文件描述符，path 是被监视的目标的路径名（即文件名或目录名），mask 是事件掩码, 在头文件 linux/inotify.h 中定义了每一位代表的事件。可以使用同样的方式来修改事件掩码，即改变希望被通知的inotify 事件。Wd 是 watch 描述符。

　　下面的函数用于删除一个 watch：

int ret = inotify_rm_watch (fd, wd);

　　fd 是 inotify_init() 返回的文件描述符，wd 是 inotify_add_watch() 返回的 watch 描述符。Ret 是函数的返回值。

　　文件事件用一个 inotify_event 结构表示，它通过由 inotify_init() 返回的文件描述符使用通常文件读取函数 read 来获得：

struct inotify_event {
__s32 wd; /* watch descriptor */
__u32 mask; /* watch mask */
__u32 cookie; /* cookie to synchronize two events */
__u32 len; /* length (including nulls) of name */
char name[0]; /* stub for possible name */
};

　　结构中的 wd 为被监视目标的 watch 描述符，mask 为事件掩码，len 为 name字符串的长度，name 为被监视目标的路径名，该结构的 name 字段为一个桩，它只是为了用户方面引用文件名，文件名是变长的，它实际紧跟在该结构的后面，文件名将被 0 填充以使下一个事件结构能够 4 字节对齐。注意，len 也把填充字节数统计在内。

　　通过 read 调用可以一次获得多个事件，只要提供的 buf 足够大。

size_t len = read (fd, buf, BUF_LEN);

　　buf 是一个 inotify_event 结构的数组指针，BUF_LEN 指定要读取的总长度，buf 大小至少要不小于 BUF_LEN，该调用返回的事件数取决于 BUF_LEN 以及事件中文件名的长度。Len 为实际读去的字节数，即获得的事件的总长度。

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