linux虚拟文件系统

落日映苍穹つ 2022-03-22 04:10 319阅读 0赞

虚拟文件系统（VFS）:抽象层，提供统一接口，支持各种文件系统，屏蔽各种文件系统和硬件的差异  
各种文件系统：有的不把目录当做文件，有的没有inode（比如文件控制信息和文件内容放一起），有的没有某个数据（如某些文件系统不记录文件的最后访问时间），当然也有些文件系统提供了一些很强大的功能，这些都不要紧，VFS给定了我们内存中需要的数据结构和对其操作的方法，你（某文件系统）只要能在内存中生成这些结构并实现这些方法就可以通过VFS来统一管理。  
VFS只访问下面这些数据结构和调用下面方法，你（某文件系统）生成结构并实现方法，某些方法你不想实现（VFS会调用通用函数）  
VFS主要数据结构(对象)：超级块，目录项，索引节点，文件

超级块对象：struct super\_block, 存储特定**文件系统**信息。文件系统安装时在内存里创建，一般加载磁盘里的创建，基于内存的文件系统必须特定方式创建下  
操作/方法：创建，释放，写入，删除索引节点，更新磁盘上的超级块，获取文件系统状态等等

索引节点对象：struct inode, 代表文件/目录/设备/有名管道等(一切皆文件)的元数据，磁盘没有inode怎么办（不管，反正你想办法内存创建下），当然只有文件被访问时才内存创建，含dentry对象链表（快速找到所有硬连接/名字），通过inode得到文件的控制信息和定位到实际内容  
操作/方法：给定dentry对象创建inode，创建硬/软(符号)连接，创建删除目录，移动文件等等

目录项对象: struct dentry，含父目录dentry对象，关联的inode对象，使用计数(d\_count)，名称。  
区分目录项对象和目录项字符串，如/bin/vi, /和bin和vi这三个路径分量都是目录项（字符串），在解析到特定路径分量（目录项字符串）会创建目录项对象并缓存此对象。  
很明显，磁盘没有此结构，现场创建  
状态：  
被使用（inode有效，d\_count大于0，不能丢弃）  
未被使用（inode有效，d\_count等于0，VFS当前并未使用它，留在缓存里呗，说不定过会就用到了，当然也可以撤销）  
负状态（inode无效，大部分情况可以撤销，反复查找一个不存在文件可以留着，缓存查不到读实际文件去查发现查不到和缓存查到了发现是无效的）  
目录项对象缓存（dcache）：  
1 inode里的dentry对象链表（上述）  
2 ‘最近被使用的’双向链表：未被使用和负状态链表，头插尾删  
3 **散列表**（链表解决冲突）: 快速查找某个路径的dentry对象，根据父目录dentry对象和路径分量确定位置。  
查找/bin/vi 举例：大致假定目录文件的内容是目录项字符串和inode number的映射  
若不缓存dentry对象：假设已有bin的inode节点，获取bin目录的内容，遍历内容查找vi对应的inode  
缓存查找：假设已找到bin的dentry对象（根据/的dentry对象和bin字符串），根据bin的dentry对象和vi字符串进行散列查找  
dentry对象使inode的使用计数为正，保证了inode对象也缓存在内存中  
操作/方法：判断dentry对象是否有效（VFS从dcache取出后调用，大部分文件系统不实现，通用实现返回有效），目录项对象释放等。

文件对象：struct file ,代表进程打开的文件，进程直接处理它，open系统调用创建，close撤销  
含dentry对象指针（dentry对象含inode对象指针定位到实际文件），含当前偏移，访问模式 ,使用计数f\_count(files\_struct可能多个位置指向同一file对象)等。多个进程可打开同一文件，进程也可反复打开和关闭同一文件，无对应磁盘数据。  
操作/方法：更新偏移，读/写，mmap(文件映射到地址空间，file和vm\_area\_struct结构体作为参数)，open，fsync等

其他与文件系统相关数据结构：  
file\_system\_type: 一种类型一个此结构，含从磁盘读取超级块的方法（安装时读取并内存组建）  
vfsmount：一个安装的文件系统一个此结构（安装时创建），代表安装点

与进程相关数据结构：放于task\_struct内  
files\_struct：含file对象数组，数组下标（索引）为文件描述符（从0开始），CLONE\_FILES线程共享。  
fs\_struct：含进程当前工作目录和根目录，CLONE\_FS线程共享。  
mmt\_namespace：含根目录的vfsmount和vfsmount链表，所有进程共享（大家看到的都一样嘛），CLONE\_NEWS给单独的命名空间，大部分系统只有一个命名空间。