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
