ОПИСАНИЕ

Программный интерфейс fanotify уведомляет о событиях в файловой системе и перехватывает их. Например, его можно использовать для сканирования файлов на вирусы и управления иерархическим хранилищем. В настоящее время, поддерживается только ограниченный набор событий. В частности, не поддерживаются события создания, удаления и перемещения (о программном интерфейсе для этих событий смотрите в inotify(7)).

Дополнительные возможности по сравнению с программным интерфейсом inotify(7): способность отслеживать все объекты в смонтированной файловой системе, давать права на доступ и читать или изменять файлы перед тем как доступ получат другие приложения.

В программный интерфейс входят следующие системные вызовы: fanotify_init(2), fanotify_mark(2), read(2), write(2) и close(2).

Вызовы fanotify_init(), fanotify_mark() и группы уведомлений

Системный вызов fanotify_init(2) создаёт и инициализирует группу уведомления fanotify и возвращает указывающий на неё файловый дескриптор.

Группа уведомления fanotify — это внутренний объект ядра, в котором хранится список файлов, каталогов и точек монтирования, для которых должны создаваться события.

У каждой записи в группе уведомления fanotify есть две битовые маски: меток и игнорирования. В маске меток указывается для каких действий на файлами должны создаваться события. В маске игнорирования указывается для каких действий не должны создаваться события. Имея маски таких типов можно пометить точку монтирования или каталог для получения событий, и в тоже время игнорировать события для определённых объектов в этой точке монтирования или каталоге.

Системный вызов fanotify_mark(2) добавляет файл, каталог или точку монтирования в группу уведомления и задаёт какие события должны отслеживаться (или игнорироваться), или удаляет или изменяет нужную запись.

Возможное применение маски игнорирования — кэш файлов. Интересующие события для файлового кэша — изменение файла и закрытие. Для этого добавляем кэшируемый каталог или точку монтирования для приёма этих событий. После получения первого события об изменении файла, соответствующая запись кэша помечается как недействительная. Дальнейшие события об изменении файла нас не интересуют, пока файл не будет закрыт. Для этого событие об изменении можно добавить в маску игнорирования. При получении события о закрытии, событие об изменении можно удалить из маски игнорирования и запись файлового кэша можно обновить.

Записи в группе уведомления fanotify ссылаются на файл и каталог по номеру иноды (inode), а на точку монтирования — через ID монтирования. При переименовании или перемещении файла или каталога внутри той же точки монтирования соответствующая запись остаётся. Если файл или каталог удаляется или перемещается в другую точку монтирования, или если точка монтирования размонтируется, то соответствующая запись удаляется.

Очередь событий

Для возникающих событий с объектами файловой системы, которые отслеживаются группой уведомления, система fanotify генерирует события и помещает их в очередь. После этого события можно прочитать (с помощью read(2) и подобных) из файлового дескриптора fanotify, возвращённого fanotify_init(2).

Генерируется два типа событий: события уведомления и события доступа. Уведомляющие события просто информируют и не требуют действия от принявшего приложения, за исключением закрытия файлового дескриптора, передаваемого в событии (смотрите далее). События доступа запрашивают получившее приложение о разрешении доступа к файлу. Для этих событий получатель должен написать ответ, давать ли доступ или нет.

Событие удаляется из очереди событий группы fanotify после прочтения. События доступа, которые были прочитаны, остаются во внутреннем списке группы fanotify до тех пор, пока решение о доступе не будет записано в файловый дескриптор fanotify, или файловый дескриптор fanotify не будет закрыт.

Чтение событий fanotify

Вызов read(2) с файловым дескриптором, полученным от fanotify_init(2), блокирует выполнение (если не указан флаг FAN_NONBLOCK в вызове fanotify_init(2)) до тех пор, пока не произойдёт файловое событие или вызов не будет прерван сигналом (смотрите signal(7)).

После успешного выполнения read(2) буфер чтения содержит одну или более следующих структур:

struct fanotify_event_metadata {
    __u32 event_len;
    __u8 vers;
    __u8 reserved;
    __u16 metadata_len;
    __aligned_u64 mask;
    __s32 fd;
    __s32 pid;
};

Для увеличения производительности рекомендуется использовать буфер большого размера (например, 4096 байт) для того, чтобы получить несколько событий за один вызов read(2).

Возвращаемое read(2) значение — количество байт помещённых в буфер, или -1 в случае ошибки (но смотрите ДЕФЕКТЫ).

Поля структуры fanotify_event_metadata:

event_len

Длина данных текущего события и смещение на следующее событие в буфере. В текущей реализации значение event_len всегда равно FAN_EVENT_METADATA_LEN. Однако, благодаря программному интерфейсу в будущем будут возвращаться структуры переменной длины.

vers

Номер версии структуры. Он должен сравниваться с FANOTIFY_METADATA_VERSION для проверки того, что структуры, возвращаемые во время выполнения, соответствуют структурам, определённым во время компиляция. В случае несоответствия приложение должно прекратить попытки использовать файловый дескриптор fanotify.

reserved

Не используется.

metadata_len

Длина структуры. Это поле было добавлено для облегчения реализации необязательных заголовков разных типов событий. В текущей реализации такие необязательные заголовки отсутствуют.

mask

Битовая маска, описывающая событие (смотрите далее).

fd

Файловый дескриптор отслеживаемого объекта или FAN_NOFD, если возникло переполнение очереди. Файловый дескриптор можно использовать для доступа к содержимому отслеживаемого файла или каталога. Читающее приложение ответственно за закрытие этого файлового дескриптора.

Когда вызывается fanotify_init(2) вызывающий может указать (в аргументе event_f_flags) различные флаги состояния файла, которые будут установлены на открытом файловом дескрипторе, соответствующем этому файловому дескриптору. Также, на отрываемом файловом дескрипторе устанавливается (внутри ядра) флаг состояния файла FMODE_NONOTIFY. Этот флаг подавляет генерацию событий fanotify. Таким образом, когда получатель события fanotify обратится к отслеживаемому файлу или каталогу через этот файловый дескриптор, дополнительных событий создано не будет.

pid

Идентификатор процесса, из-за которого произошло событие. Программа, слушающая события fanotify, может сравнить этот PID с PID, возвращаемым getpid(2), для проверки, что событие не возникло из-за самого слушающего, а из-за доступа к файлу другого процесса.

В битовой маске mask указывают события, произошедшие с одиночным объектом файловой системы. В маске может быть установлено несколько бит, если было более одного события с отслеживаемым объектом файловой системы. В частности, возникшие друг за другом события с одним объектом файловой системы и произошедшие из-за одного процесса могут быть объединены в одно событие, за исключением того, что два события доступа никогда не объединяются в одном элементе очереди.

Биты маски mask:

FAN_ACCESS

Доступ (на чтение) к файлу или каталогу (но смотрите ДЕФЕКТЫ).

FAN_OPEN

Файл или каталог открыт.

FAN_MODIFY

Файл изменён.

FAN_CLOSE_WRITE

Файл, открытый на запись (O_WRONLY или O_RDWR), закрыт.

FAN_CLOSE_NOWRITE

Файл или каталог, открытый только для чтения (O_RDONLY), закрыт.

FAN_Q_OVERFLOW

Очередь событий превысила ограничение в 16384 записи. Это ограничение можно изменить, указав флаг FAN_UNLIMITED_QUEUE при вызове fanotify_init(2).

FAN_ACCESS_PERM

Приложение хочет прочитать файл или каталог, например, с помощью read(2) или readdir(2). Читатель события должен написать ответ (описано далее) о разрешении доступа к объекту файловой системы.

FAN_OPEN_PERM

Приложение хочет открыть файл или каталог. Читатель события должен написать ответ о разрешении открытия объекта файловой системы.

Для проверки любого события закрытия может использоваться следующая битовая маска:

FAN_CLOSE

Файл закрыт. Это синоним:

    FAN_CLOSE_WRITE | FAN_CLOSE_NOWRITE

Следующие макросы позволяют обходить буфер с метаданными событий fanotify, возвращаемый read(2) из файлового дескриптора fanotify:

FAN_EVENT_OK(meta, len)

Этот макрос сверяет оставшуюся длину len буфера meta с длиной структуры метаданных и полем event_len из первой структуры метаданных в буфере.

FAN_EVENT_NEXT(meta, len)

Этот макрос использует длину из поля event_len структуры метаданных, на которую указывает meta, для вычисления адреса следующей структуры метаданных, которая находится после meta. В поле len указано количество байт метаданных, оставшихся в буфере. Макрос возвращает указатель на следующую структуру метаданных после meta и уменьшает len на количество байт в структуре метаданных, которая была пропущена (т. е., вычитает meta->event_len из len).

Дополнительно есть:

FAN_EVENT_METADATA_LEN

Этот макрос возвращает размер (в байтах) структуры fanotify_event_metadata. Это минимальный размер (и, в настоящее время, единственный) метаданных любого события.

Отслеживание событий через файловый дескриптор fanotify

Когда возникает событие fanotify файловый дескриптор fanotify помечается как доступный для чтения при его передаче в epoll(7), poll(2) или select(2).

Работа с событиями доступа

Для событий доступа приложение должно записать (write(2)) в файловый дескриптор fanotify следующую структуру:

struct fanotify_response {
    __s32 fd;
    __u32 response;
};

Поля этой структуры имеют следующее назначение:

fd

Файловый дескриптор из структуры fanotify_event_metadata.

response

В этом поле указывает о разрешении доступа или запрещении. Данное значение должно быть равно FAN_ALLOW, чтобы разрешить операцию с файлом, или FAN_DENY для запрета.

Если доступ запрещается, то запрашивающее приложение получит ошибку EPERM.

Закрытие файлового дескриптора fanotify

Когда все файловые дескрипторы, указывающие на группу уведомления fanotify, закрыты, группа fanotify освобождается и её ресурсы становятся доступны ядру для повторного использования. После close(2) все оставшиеся непросмотренные события доступа будут разрешены.

/proc/[pid]/fdinfo

Файл /proc/[pid]/fdinfo/[fd] содержит информацию о метках fanotify для файлового дескриптора fd процесса pid. Подробности смотрите в файле исходного кода ядра Documentation/filesystems/proc.txt.

ВЕРСИИ

Программный интерфейс fanotify представлен в версии 2.6.36 ядра Linux и включён в версии 2.6.37. Поддержка fdinfo была добавлена в версии 3.8.

СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТАМ

Программный интерфейс fanotify есть только в Linux.

ЗАМЕЧАНИЯ

Программный интерфейс fanotify доступен только, если ядро собрано с включённым параметром настройки CONFIG_FANOTIFY. Также, работа с доступом в fanotify доступна только, если включён параметр настройки CONFIG_FANOTIFY_ACCESS_PERMISSIONS.

Ограничения и подводные камни

Fanotify сообщает только о событиях, которые возникли при использовании пользовательскими программами программного интерфейса файловой системы. Поэтому события об обращении к файлам в сетевых файловых системах не отлавливаются.

Программный интерфейс fanotify не сообщает о доступе и изменениях, которые могут произойти из-за mmap(2), msync(2) и munmap(2).

События для каталогов создаются только, если сам каталог открывается, читается и закрывается. Добавление, удаление и изменение потомков отслеживаемого каталога не приводит к возникновению событий.

Fanotify не следит за каталогами рекурсивно: чтобы следить за подкаталогами каталога, нужно их явно пометить (и, заметим, что программный интерфейс fanotify не позволяет отслеживать создание подкаталога, что затрудняет рекурсивное слежение). Отслеживание точек монтирования позволяет следить за всем деревом каталогов.

Очередь событий может переполниться. В этом случае события теряются.

ПРИМЕР

Следующая программа демонстрирует использование программного интерфейса fanotify. Она следит за точкой монтирования, переданной в аргументе командной строки, и ждёт событий с типом FAN_PERM_OPEN и FAN_CLOSE_WRITE. При возникновении событий доступа выдаёт ответ FAN_ALLOW.

Следующий вывод записан при редактировании файла /home/user/temp/notes. Перед открытием файла произошло событие FAN_OPEN_PERM. После закрытия файла произошло событие FAN_CLOSE_WRITE. Выполнение программы закончилось после нажатия пользователем клавиши ENTER.

Пример вывода

# ./fanotify_example /home
Нажмите enter для завершения работы.
Ожидание событий.
FAN_OPEN_PERM: файл /home/user/temp/notes
FAN_CLOSE_WRITE: файл /home/user/temp/notes
Ожидание событий прекращено.

Исходный код программы

#define _GNU_SOURCE     /* требуется для получения O_LARGEFILE */
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <poll.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/fanotify.h>
#include <unistd.h>
/* читаем все доступные события fanotify из файлового дескриптора «fd» */
static void
handle_events(int fd)
{
    const struct fanotify_event_metadata *metadata;
    struct fanotify_event_metadata buf[200];
    ssize_t len;
    char path[PATH_MAX];
    ssize_t path_len;
    char procfd_path[PATH_MAX];
    struct fanotify_response response;
    /* проходим по всем событиям, которые можем прочитать
       из файлового дескриптора fanotify */
    for(;;) {
        /* читаем несколько событий */
        len = read(fd, (void *) &buf, sizeof(buf));
        if (len == -1 && errno != EAGAIN) {
            perror("read");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        /* проверяем, достигнут ли конец доступных данных */
        if (len <= 0)
            break;
        /* выбираем первое событие в буфере */
        metadata = buf;
        /* проходим по всем событиям в буфере */
        while (FAN_EVENT_OK(metadata, len)) {
            /* проверяем, что структуры, использовавшиеся при сборке,
               идентичны структурам при выполнении */
            if (metadata->vers != FANOTIFY_METADATA_VERSION) {
                fprintf(stderr,
                        "Версия метаданных fanotify не совпадает.\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            /* metadata->fd содержит или FAN_NOFD, указывающее
               на переполнение очереди, или файловый дескриптор
               (неотрицательное целое). Здесь мы просто игнорируем
               переполнение очереди. */
            if (metadata->fd >= 0) {
                /* обрабатываем событие на право открытия */
                if (metadata->mask & FAN_OPEN_PERM) {
                    printf("FAN_OPEN_PERM: ");
                    /* разрешаем открыть файл */
                    response.fd = metadata->fd;
                    response.response = FAN_ALLOW;
                    write(fd, &response,
                          sizeof(struct fanotify_response));
                }
                /* обрабатываем событие закрытия записываемого файла */
                if (metadata->mask & FAN_CLOSE_WRITE)
                    printf("FAN_CLOSE_WRITE: ");
                /* получаем и выводим имя файла, к которому
                   отслеживается доступ */
                snprintf(procfd_path, sizeof(procfd_path),
                         "/proc/self/fd/%d", metadata->fd);
                path_len = readlink(procfd_path, path,
                                    sizeof(path) - 1);
                if (path_len == -1) {
                    perror("readlink");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                path[path_len] = '\0';
                printf("файл %s\n", path);
                /* закрываем файловый дескриптор из события */
                close(metadata->fd);
            }
            /* переходим на следующее событие */
            metadata = FAN_EVENT_NEXT(metadata, len);
        }
    }
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
    char buf;
    int fd, poll_num;
    nfds_t nfds;
    struct pollfd fds[2];
    /* проверяем заданную точку монтирования */
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Использование: %s ТОЧКА_МОНТИРОВАНИЯ\n",
                                        argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Нажмите enter для завершения работы.\n");
    /* Создаём файловый дескриптор для доступа к fanotify API */
    fd = fanotify_init(FAN_CLOEXEC | FAN_CLASS_CONTENT | FAN_NONBLOCK,
                       O_RDONLY | O_LARGEFILE);
    if (fd == -1) {
        perror("fanotify_init");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    /* Помечаем точку монтирования для:
       - событий доступа перед открытием файлов
       - событий уведомления после закрытия файлового дескриптора
         для файла открытого для записи */
    if (fanotify_mark(fd, FAN_MARK_ADD | FAN_MARK_MOUNT,
                      FAN_OPEN_PERM | FAN_CLOSE_WRITE, AT_FDCWD,
                      argv[1]) == -1) {
        perror("fanotify_mark");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    /* подготовка к опросу */
    nfds = 2;
    /* ввод с консоли  */
    fds[0].fd = STDIN_FILENO;
    fds[0].events = POLLIN;
    /* ввод из fanotify */
    fds[1].fd = fd;
    fds[1].events = POLLIN;
    /* цикл ожидания входящих событий */
    printf("Ожидание событий.\n");
    while (1) {
        poll_num = poll(fds, nfds, -1);
        if (poll_num == -1) {
            if (errno == EINTR)     /* прервано сигналом */
                continue;           /* перезапуск poll() */
            perror("poll");         /* неожиданная ошибка */
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if (poll_num > 0) {
            if (fds[0].revents & POLLIN) {
                /* доступен ввод с консоли: опустошаем stdin и выходим */
                while (read(STDIN_FILENO, &buf, 1) > 0 && buf != '\n')
                    continue;
                break;
            }
            if (fds[1].revents & POLLIN) {
                /* доступны события fanotify */
                handle_events(fd);
            }
        }
    }
    printf("Ожидание событий прекращено.\n");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}