linux的虚拟文件系统VFS

时间 2019-11-20 标签 linux 虚拟文件系统 vfs

虚拟文件系统（virtual file system），别名虚拟文件系统开关，是linux中的一个软件层，向用户空间提供文件系统操做接口。html

VFS包含的系统调用包括open（2）、stat（2）、read（2）、write（2）、chmod（2）等等，这些系统调用在进程环境中执行。下面几个重要的数据结构是VFS（虚拟文件系统中涉及到的数据结构）：node

一、Directory Entry Cache（dcache）linux

VFS实现了系统调用open（2）、stat（2）、chmod（2），和其余相似的文件系统调用。用于这些系统调用中的参数被VFS用来进行directory entry cache的对象搜索，其中directory entry cache有多个名字，好比dentry cache或者dcache。经过dentry cache提供了一种快速查找机制，能够快速的根据路径名字找到具体的dentry。须要特别说明的是：dentry是存在于内存中的，不会保存到磁盘上进行永久性存储的。数据结构

二、inode 对象函数

每个dentry对象都有一个指针指向具体的inode对象。inode是文件系统的对象，好比正规文件（regular file）、目录（directory）、FIFO（管道）。这些inode对象存在于磁盘（块设备文件文件系统）或者内存（linux下的伪文件系统procfs）。若是是存在于磁盘上的inode对象则须要加载到内存中去，当发生的改变须要保存到磁盘上去。一个inode对象可能有多个dentry对象指向它（由于linux下实现了硬链接特性）。spa

为了查找一个具体的inode对象须要在父目录的inode上执行lookup操做。而具体的lookup方法是由inode存放的文件系统具体的实现，这个操做是由具体的文件系统进行初始化。一旦VFS拥有具体的dentry对象的时候，不少系统调用就能够迅速完成，好比stat（2）系统调用，它就是获取inode上的数据，根据dentry上的指针能够迅速的找到inode对象。.net

三、File对象指针

打开一个文件还须要另一个操做：分配一个File结构的对象（这是linux内核端的文件描述符的实现）。新申请的File对象初始化了一个指针指向dentry对象和多个文件操做函数（好比read、write、mmap等操做）。File数据结构放在这个进程的文件描述表中（file descriptor table）。code

用户空间的read、write等操做都是经过用户空间态（userspace file descriptor）的描述符得到正确的File结构，而后调用File结构中的具体的方法。只要文件处于打开状态，linux内核中就有对应的dentry对象，天然也有对象的inode对象。orm

四、文件系统对象（filesystem）

登记和卸载一个文件系统使用下面的函数调用。

#include <linux/fs.h>

extern int register_filesystem( struct file_system_type *);

extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);

传入的参数struct file_system_type描述了具体的文件系统。当发出一个命令，须要在你的名字空间的一个目录上挂载一个文件系统的时候，VFS会调用具体文件中的mount方法。当mount操做完成以后，会返回一个struct dentry对象，这个时候会新建一个vfsmount对象，用于指向这个dentry对象，同时这个vfsmount对象会添加到这个挂载点上。因此当路径解析到达这个目录的时候，会跳转到这个vfsmount指向的文件系统中去。

在/proc/filesystems下能够观察到全部挂载的文件系统。

如下是file_system_type结构：

struct file_system_type {

     const char *name;
     int fs_flags;
   struct dentry *(*mount) ( struct file_system_type *, int,
                        const char *, void *);
   void (*kill_sb) ( struct super_block *);
struct module *owner;
struct file_system_type * next;
struct list_head fs_supers;
     struct lock_class_key s_lock_key;
     struct lock_class_key s_umount_key;

};

name：文件系统的名字，当前支持的文件名字有“ext2”，“ext3”，“ext4”，“msdos”等

fs_flags：一些标志，好比：FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE

mount：重要的field，当一个filesystem实例化的时候须要具体的filesystem的mount方法

五、superblock对象

一个superblock（超级块）对象表明了一个挂载的文件系统。

下面是关于超级块的操做的数据结构：

struct super_operations {

         struct inode *(*alloc_inode)( struct super_block *sb);
         void (*destroy_inode)( struct inode *);
   void (*dirty_inode) ( struct inode *, int flags);
         int (*write_inode) ( struct inode *, int);
         void (*drop_inode) ( struct inode *);
         void (*delete_inode) ( struct inode *);
         void (*put_super) ( struct super_block *);
         int (*sync_fs)( struct super_block *sb, int wait);
         int (*freeze_fs) ( struct super_block *);
         int (*unfreeze_fs) ( struct super_block *);
         int (*statfs) ( struct dentry *, struct kstatfs *);
         int (*remount_fs) ( struct super_block *, int *, char *);
         void (*clear_inode) ( struct inode *);
         void (*umount_begin) ( struct super_block *);
   int (*show_options)( struct seq_file *, struct dentry *);
ssize_t (*quota_read)( struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
        ssize_t (*quota_write)( struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
int (*nr_cached_objects)( struct super_block *);
   void (*free_cached_objects)( struct super_block *, int);

};

全部的方法都没有lock来维持，这说明了这些方法只能够在一个进程上下文中执行，不能在中断上下文中执行。

六、address space对象

address_space对象用于对page cache中的page进行分组和管理。它能够用来跟踪一个文件中的page cache和一个文件中映射到进程地址空间中的文件区域。

address space提供了大量有显著特征的服务，好比根据经过地址查找page，追踪标志为Dirty或者WriteBack的page。