Linux中writev()系统调用的原子性

Question

我查看了linux kernel 4.4.0-57-generic的内核源代码，在writev()源代码中没有看到任何锁。我是不是漏掉了什么？我看不出writev()是原子的或线程安全的。

Answer 1

我不是这里的内核专家，但无论如何我都会分享我的观点。如果有任何错误，请随时找出来。

浏览内核(v4.9，尽管我不期望它会有如此大的不同)，并尝试跟踪writev(2)系统调用，我可以观察到后续的函数调用创建了以下路径：

1. SYSCALL_DEFINE3(writev, ..)
2. do_writev(..)
3. vfs_writev(..)
4. do_readv_writev(..)

现在，路径进行了分支，这取决于是否实现了write_iter方法，并将其挂接到系统调用所引用的struct file的struct file_operations字段上。

• 如果不是NULL，路径是：

5a。do_iter_readv_writev(..)，它调用方法filp->f_op->write_iter(..) at this point。

• 如果是NULL，则路径为：

5b。do_loop_readv_writev(..)，它在循环中重复调用filp->f_op->write at this point方法。

因此，据我所知，writev()系统调用和底层的write() (或write_iter())一样是线程安全的，当然，它可以通过各种方式实现，例如在设备驱动程序中，根据它的需要和设计，可以使用锁也可以不使用锁。

编辑

在内核v4.4中，路径看起来非常相似：

1. SYSCALL_DEFINE3(writev, ..)
2. vfs_writev(..)
3. do_readv_writev(..)

然后，它取决于作为struct file的struct file_operations中的字段的write_iter方法是否为NULL，就像上面描述的v4.9中的情况一样。

Answer 2

虚拟文件系统本身并不保证writev()调用的原子性。它只调用struct file_operations的特定于文件系统的.write_iter方法。

使方法自动写入文件是特定文件系统实现的责任。

例如，在ext4文件系统函数中，ext4_file_write_iter使用

mutex_lock(&inode->i_mutex);

用于使写入原子化。

Answer 3

在fs.h中找到的：

static inline void file_start_write(struct file *file)
{
    if (!S_ISREG(file_inode(file)->i_mode))
        return;
    __sb_start_write(file_inode(file)->i_sb, SB_FREEZE_WRITE, true);
}

然后在super.c中：

/*
 * This is an internal function, please use sb_start_{write,pagefault,intwrite}
 * instead.
 */
int __sb_start_write(struct super_block *sb, int level, bool wait)
{
    bool force_trylock = false;
    int ret = 1;

#ifdef CONFIG_LOCKDEP
/*
 * We want lockdep to tell us about possible deadlocks with freezing
 * but it's it bit tricky to properly instrument it. Getting a freeze
 * protection works as getting a read lock but there are subtle
 * problems. XFS for example gets freeze protection on internal level
 * twice in some cases, which is OK only because we already hold a
 * freeze protection also on higher level. Due to these cases we have
 * to use wait == F (trylock mode) which must not fail.
 */
  if (wait) {
    int i;

    for (i = 0; i < level - 1; i++)
        if (percpu_rwsem_is_held(sb->s_writers.rw_sem + i)) {
            force_trylock = true;
            break;
        }
  }
#endif
  if (wait && !force_trylock)
    percpu_down_read(sb->s_writers.rw_sem + level-1);
  else
    ret = percpu_down_read_trylock(sb->s_writers.rw_sem + level-1);

  WARN_ON(force_trylock & !ret);
  return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(__sb_start_write);

再次感谢。