libburn、libisofs 和 libisoburn 这三个核心库

我们来深入分析 libburn、libisofs 和 libisoburn 这三个核心库的实现逻辑、组成部分及其相互关系。

这三个库共同构成了 xorriso 项目的底层引擎，统称为 libburnia 项目。

总体关系概览

首先，用一个简单的比喻来理解它们的关系：

• libisofs 就像建筑师和施工队。它负责设计大楼的结构（文件系统布局），并准备好所有建筑材料（文件数据）。

• libburn 就像地基承包商和吊车。它负责在土地上打好地基（初始化光盘），并把建筑材料精确地放置到指定位置（将数据刻录到光盘轨道）。

• libisoburn 就像总项目经理。它从建筑师那里拿到设计和材料，协调吊车进行作业，确保整个建造过程（从文件到光盘）无缝衔接。它让"造一栋楼的模型（生成ISO文件）"和"直接造一栋真实的楼（直接刻录光盘）"可以使用同一套图纸。

现在，我们分别深入每个库。

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1. libburn

核心职责 ： 提供对光学介质（CD, DVD, BD）的低级、直接的读写和控制。

实现逻辑与组成部分

1. 设备扫描与识别

   • 实现逻辑 ： 扫描系统（如 /dev/sr0, /dev/sg1），识别出光盘驱动器，并查询其能力和状态（如支持的刻录速度、当前介质类型）。

   • 组成部分： 设备枚举模块、SCSI/ATAPI/MMC命令集封装。

2. 介质处理

   • 实现逻辑： 与驱动器交互，完成对空白光盘的格式化（如BD-R的初始化）、获取介质信息（容量、剩余空间）。

   • 组成部分： 介质状态查询模块、格式化命令模块。

3. 刻录引擎

   • 实现逻辑 ： 这是最核心的部分。它实现了一种 "刻录源" 的概念。刻录源是一个提供连续数据流的对象。libburn 从刻录源读取数据，通过一系列 SCSI/MMC 命令（如 WRITE(10)）将数据精确地写入光盘的轨道。

   • 组成部分：

     • 写入模式控制： 支持 Track-At-Once (TAO), Session-At-Once (SAO), Disc-At-Once (DAO) 等刻录模式。

     • 数据流管理： 确保数据以恒定的速率供给驱动器，防止缓冲区欠载。

     • 纠错编码： 为 CD 模式生成 CIRC 纠错码，为 DVD/BD 模式生成 ECC 块。

4. 会话与轨道管理

   • 实现逻辑： 在光盘上创建新的会话（Session）和轨道（Track）。这对于多段刻录至关重要。

   • 组成部分： 会话/轨道创建逻辑、TOC（内容表）读取。

关键抽象

• struct burn_drive: 代表一个物理或虚拟的光盘驱动器。

• struct burn_source: 一个提供数据流的抽象对象。这是 libburn 与上层数据生产者（如 libisoburn）的连接点。

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2. libisofs

核心职责 ： 在内存中构建一个符合 ISO 9660 及其扩展标准的结构，并能够将此结构序列化为一个线性的、符合规范的数据流。

实现逻辑与组成部分

1. 文件系统节点树

   • 实现逻辑： 在内存中创建一个逻辑目录树，镜像要生成的ISO映像的目录结构。每个节点（文件或目录）都包含其元数据（名称、时间戳、大小）。

   • 组成部分：

     • IsoNode： 基类。

     • IsoFile： 代表一个文件，包含指向其数据源（磁盘文件）的链接。

     • IsoDir： 代表一个目录，包含子节点列表。

     • IsoSymlink： 代表符号链接。

2. Rock Ridge / Joliet / UDF 支持

   • 实现逻辑： 这些是"并行"的文件系统描述，它们共享同一个文件数据，但为目录树提供了不同的元数据视图。

     • Rock Ridge： 使用 ISO 9660 目录记录中的"系统使用"字段来存储类 Unix 的完整元数据（权限、UID、GID、符号链接目标）。

     • Joliet： 在卷中创建一个完全独立的目录树，使用 UCS-2 编码，支持长文件名和 Unicode。

   • 组成部分： 每个扩展都有对应的生成器，在构建映像时，它们会遍历主节点树，生成自己标准的目录记录和路径表。

3. El Torito 引导记录

   • 实现逻辑 ： 将磁盘映像文件（如 boot.img）标记为可引导映像，并在ISO文件系统的根目录创建一个特殊的引导目录，其中包含引导目录。

   • 组成部分： El Torito 规范实现模块。

4. 空间分配与布局

   • 实现逻辑： 遍历整个节点树，计算每个文件和每个目录记录、路径表的位置和大小。它为每个数据块分配逻辑块地址（LBA）。这个过程类似于为文件系统"排版"。

   • 组成部分： 布局引擎、块分配器。

5. 映像生成器

   • 实现逻辑 ： 这是 libisofs 的最终输出阶段。它根据之前计算好的布局，按顺序"渲染"整个ISO映像：

     1. 写入系统区（引导记录等）。

     2. 写入主卷描述符、 Joliet 卷描述符等。

     3. 写入路径表。

     4. 写入目录记录。

     5. 写入文件数据区。

   • 组成部分： 一个能够按LBA顺序生成数据块的模块。

关键抽象

• IsoImage: 代表整个ISO映像项目。

• IsoDataSource: 一个抽象，用于读取文件内容（可以来自磁盘文件、内存缓冲区等）。

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3. libisoburn

核心职责 ： 桥接 libisofs 和 libburn ，弥合"文件系统对象"和"物理刻录流"之间的概念差距。它实现了 "刻录到文件"和"直接刻录到光盘"的统一抽象。

实现逻辑与组成部分

1. 协调 libisofs 的生成过程

   • 实现逻辑 ： libisoburn 启动 libisofs 的布局过程，获取到整个映像的"蓝图"------即每个部分（卷描述符、路径表、目录、文件数据）在逻辑映像中的位置和大小。

2. 实现 struct burn_source 接口

   • 实现逻辑 ： 这是其最核心的魔法。libisoburn 创建一个自定义的 burn_source 对象。当 libburn 需要数据来刻录时，它会从这个 burn_source 读取。

   • 内部工作 ： 当 libburn 请求第 N 到第 N+M 个逻辑扇区的数据时，libisoburn 的 burn_source 会：

     • 根据请求的LBA范围，判断这部分数据对应 libisofs 映像的哪个部分（是卷描述符？是某个目录记录？还是某个文件的一段内容？）。

     • 即时调用 libisofs 的相应生成器 ，在内存中动态生成这块数据，然后返回给 libburn。

   • 组成部分 ： 一个复杂的 read 回调函数实现，它内部集成了 libisofs 的生成逻辑。

3. 多路复用与地址转换

   • 实现逻辑 ： ISO 9660 映像是一个单一的、连续的数据流。但在多扩展情况下（如 Joliet），同一个文件的数据在映像中只存储一次，但被多个目录树引用。libisoburn 需要管理这种映射，确保当 libburn 请求 Joliet 目录记录的数据时，它能正确生成并返回。

4. 目标抽象

   • 实现逻辑 ： libisoburn 向上层（如 libxorriso）提供一个统一的 API。无论是创建一个 .iso 文件还是刻录到光盘，上层代码的流程几乎是相同的。

     • 输出到文件 ： libisoburn 会将其 burn_source 连接到一个小型的"文件写入适配器"，这个适配器简单地读取整个 burn_source 的数据流并写入磁盘文件。

     • 输出到光盘 ： libisoburn 将其 burn_source 直接传递给 libburn 进行刻录。

   • 组成部分： 目标管理模块。

相互关系与数据流

下图清晰地展示了三个库在直接刻录到光盘时的协作关系：

总结：

• libisofs 知道 "写什么" （What）和 "结构是什么" （Structure）。

• libburn 知道 "往哪里写" （Where）和 "如何物理地写" （How-Physical）。

• libisoburn 知道 "如何把'什么'转换成'物理写操作'" （How-Logical）。它通过实现一个 "按需生成"的 burn_source ，使得 libisofs 的复杂、非线性的文件系统构建过程，能够适配 libburn 简单的、线性的、流式的刻录接口。

这种解耦和桥接的设计是 libburnia 栈强大和灵活性的根本原因。