linux內(nèi)核分析之虛擬文件系統(tǒng)

本文主要是介紹一下linux內(nèi)核的虛擬文件系統(tǒng)(VFS)。虛擬文件系統(tǒng)(VFS，virtual filesystem),是一個(gè)內(nèi)核軟件層，是物理文件系統(tǒng)與服務(wù)之間的一個(gè)接口層，它對(duì)Linux的每個(gè)文件系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行抽象，使得不同的文件系統(tǒng)在Linux核心以及系統(tǒng)中運(yùn)行的其他進(jìn)程看來(lái)，都是相同的。 

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，VFS并不是一種實(shí)際的文件系統(tǒng)。它只存在于內(nèi)存中，不存在于任何外存空間。VFS在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)建立，在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)消亡。 Linux中系統(tǒng)可以使用連接成單一樹(shù)形結(jié)構(gòu)的不同文件系統(tǒng)。VFS可以無(wú)縫地使用多個(gè)不同的文件系統(tǒng)，通過(guò)VFS可以訪問(wèn)文件系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用提供一個(gè)統(tǒng)一的抽象接口，支持多種文件系統(tǒng)。  

VFS的作用是采用標(biāo)準(zhǔn)的UNIX系統(tǒng)調(diào)用讀/寫位于不同物理介質(zhì)上的不同文件系統(tǒng)，方便的在不同文件系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和管理。  Linux系統(tǒng)中，VFS使用4個(gè)主要對(duì)象：超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)、目錄項(xiàng)、文件對(duì)象。每個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中不僅包含了屬性還包含了對(duì)應(yīng)的操作。

1、超級(jí)塊 

超級(jí)塊用于存儲(chǔ)已安裝文件系統(tǒng)的控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代表已安裝的文件系統(tǒng)，一個(gè)安裝實(shí)例和一個(gè)超級(jí)塊是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。超級(jí)塊描述文件系統(tǒng)的狀態(tài)、文件系統(tǒng)類型、大小、區(qū)塊數(shù)、索引節(jié)點(diǎn)數(shù)等，存放在磁盤的特定扇區(qū)中。  超級(jí)塊使用結(jié)構(gòu)體super_block表示。 

(1)變量s_list指向超級(jí)塊鏈表的指針，同一時(shí)間內(nèi)核會(huì)擁有好幾個(gè)文件系統(tǒng)的超級(jí)塊，內(nèi)核采用雙向循環(huán)鏈表的方式來(lái)組織這些超級(jí)塊。 

(2)變量s_root指針指向目錄項(xiàng)的根目錄。 

2、索引節(jié)點(diǎn) 

存儲(chǔ)文件的元數(shù)據(jù)的一種結(jié)構(gòu)，文件的元數(shù)據(jù)就是文件的相關(guān)信息，和文件本身是兩種概念。它包含諸如文件大小、擁有者、創(chuàng)建時(shí)間、磁盤位置等和文件相關(guān)的信息。  每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)號(hào)，唯一的標(biāo)識(shí)文件系統(tǒng)中的文件。索引節(jié)點(diǎn)在文件的整個(gè)生命周期都存在。

索引節(jié)點(diǎn)使用結(jié)構(gòu)體inode來(lái)表示。 

(1)變量i_hash包含了一個(gè)指向哈希鏈表的指針，哈希表加速索引節(jié)點(diǎn)的查找。  

(2)i_ino保存一個(gè)索引號(hào)，唯一標(biāo)識(shí)。 

(3)變量i_sb指針指向文件所駐留的文件系統(tǒng)的超級(jí)塊。

3、目錄項(xiàng)(dentry)

存放目錄項(xiàng)(文件的特定名稱)與對(duì)應(yīng)文件進(jìn)行鏈接的有關(guān)信息。在一個(gè)文件路徑中，路徑中的每一部分都被稱為目錄，如/home/source/hello.c中，目錄/，home,source和文件hello.c都是一個(gè)目錄項(xiàng)。  

目錄項(xiàng)使用結(jié)構(gòu)體struct dentry來(lái)表示。 

4、文件對(duì)象 

文件對(duì)象表示進(jìn)程已打開(kāi)的一個(gè)文件，它是已打開(kāi)文件在內(nèi)存中的表示。多進(jìn)程可能同時(shí)打開(kāi)同一文件，內(nèi)存中可能存在多個(gè)與同一文件對(duì)應(yīng)的文件對(duì)象，但與該文件對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)和目錄項(xiàng)是唯一的。  

文件對(duì)象使用結(jié)構(gòu)體struct file來(lái)表示。 

5、四者的關(guān)系