linux可以挂载不同的文件系统(EXT2,FAT,NTFS),用同一的样式呈现给用户,读写操作用起来都一样,这是怎样做到的呢?

linux内核在各种不同的文件系统格式上做了一个抽象层,使得文件、目录、读写访问等概念成为抽象层的概念,因此各种文件系统看起来用起来都一样,这个抽象层称为虚拟文件系统(VFS)。

每个进程在PCB(Process Control Block)中都保存着一份文件描述符表,文件描述符就是这个表的索引,每个表项都有一个指向已打开文件的指针,现在我们明确一下:已打开的文件在内核中用file结构体表示,文件描述符表中的指针指向file结构体。

在file结构体中维护File Status Flag(file结构体的成员f_flags)和当前读写位置(file结构体的成员f_pos)。在上图中,进程1和进程2都打开同一文件,但是对应不同的file结构体,因此可以有不同的File Status Flag和读写位置。file结构体中比较重要的成员还有f_count,表示引用计数(Reference Count),后面我们会讲到,dup、fork等系统调用会导致多个文件描述符指向同一个file结构体,例如有fd1和fd2都引用同一个file结构体,那么它的引用计数就是2,当close(fd1)时并不会释放file结构体,而只是把引用计数减到1,如果再close(fd2),引用计数就会减到0同时释放file结构体,这才真的关闭了文件。

每个file结构体都指向一个file_operations结构体,这个结构体的成员都是函数指针,指向实现各种文件操作的内核函数。比如在用户程序中read一个文件描述符,read通过系统调用进入内核,然后找到这个文件描述符所指向的file结构体,找到file结构体所指向的file_operations结构体,调用它的read成员所指向的内核函数以完成用户请求。在用户程序中调用lseek、read、write、ioctl、open等函数,最终都由内核调用file_operations的各成员所指向的内核函数完成用户请求。file_operations结构体中的release成员用于完成用户程序的close请求,之所以叫release而不叫close是因为它不一定真的关闭文件,而是减少引用计数,只有引用计数减到0才关闭文件。对于同一个文件系统上打开的常规文件来说,read、write等文件操作的步骤和方法应该是一样的,调用的函数应该是相同的,所以图中的三个打开文件的file结构体指向同一个file_operations结构体。如果打开一个字符设备文件,那么它的read、write操作肯定和常规文件不一样,不是读写磁盘的数据块而是读写硬件设备,所以file结构体应该指向不同的file_operations结构体,其中的各种文件操作函数由该设备的驱动程序实现。

每个file结构体都有一个指向dentry结构体的指针,“dentry”是directory entry(目录项)的缩写。我们传给open、stat等函数的参数的是一个路径,例如/home/akaedu/a,需要根据路径找到文件的inode。为了减少读盘次数,内核缓存了目录的树状结构,称为dentry cache,其中每个点是一个dentry结构体,只要沿着路径各部分的dentry搜索即可,从根目录/找到home目录,然后找到akaedu目录,然后找到文件a。dentry cache只保存最近访问过的目录项,如果要找的目录项在cache中没有,就要从磁盘读到内存中。

每个dentry结构体都有一个指针指向inode结构体。inode结构体保存着从磁盘inode读上来的信息。在上图的例子中,有两个dentry,分别表示/home/akaedu/a和/home/akaedu/b,它们都指向同一个inode,说明这两个文件互为硬链接。inode结构体中保存着从磁盘分区的inode读上来信息,例如所有者、文件大小、文件类型和权限位等。每个inode结构体都有一个指向inode_operations结构体的指针,后者也是一组函数指针指向一些完成文件目录操作的内核函数。和file_operations不同,inode_operations所指向的不是针对某一个文件进行操作的函数,而是影响文件和目录布局的函数,例如添加删除文件和目录、跟踪符号链接等等,属于同一文件系统的各inode结构体可以指向同一个inode_operations结构体。

inode结构体有一个指向super_block结构体的指针。super_block结构体保存着从磁盘分区的超级块读上来的信息,例如文件系统类型、块大小等。super_block结构体的s_root成员是一个指向dentry的指针,表示这个文件系统的根目录被mount到哪里,在上图的例子中这个分区被mount到/home目录下。

file、dentry、inode、super_block这几个结构体组成了VFS的核心概念。对于ext2文件系统来说,在磁盘存储布局上也有inode和超级块的概念,所以很容易和VFS中的概念建立对应关系。

而另外一些文件系统格式来自非UNIX系统(例如Windows的FAT32、NTFS),可能没有inode或超级块这样的概念,但为了能mount到Linux系统,也只好在驱动程序中硬凑一下,在Linux下看FAT32和NTFS分区会发现权限位是错的,所有文件都是rwxrwxrwx,因为它们本来就没有inode和权限位的概念,这是硬凑出来的。

转自:akaedu教材

推荐参考:

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-vfs/

http://www.cnblogs.com/yuyijq/archive/2013/02/24/2923855.html

linux虚拟文件系统vfs的更多相关文章

  1. Linux虚拟文件系统VFS解决

    参考<Linux内核设计与实现> 虚拟文件系统(VFS)它是linux核心和详细I/O一个普通的访问接口之间的包装设备,通过这层界面,linux内核能够以同一的方式訪问各种I/O设备. 虚 ...

  2. Linux虚拟文件系统–VFS简介

    http://www.embeddedlinux.org.cn/emb-linux/file-system/201712/20-7907.html 导读 Linux中可以支持多种文件系统,而且支持各种 ...

  3. 理解Linux虚拟文件系统VFS

    当前,除了linux标准的文件系统Ext2/Ext3/Ext4外,还有很多种文件系统,比如reiserfs, xfs, Windows的vfat NTFS,网络文件系统nfs 以及flash 文件系统 ...

  4. Linux虚拟文件系统(VFS)学习

    虚拟文件系统(Virtual Filesystem)也可称之为虚拟文件系统转换(Virtual Filesystem Switch),是一个内核软件层,用来处理与Unix标准文件系统相关的全部系统调用 ...

  5. 使用 /proc 文件系统来访问 linux操作系统 内核的内容 && 虚拟文件系统vfs及proc详解

    http://blog.163.com/he_junwei/blog/static/19793764620152743325659/ http://www.01yun.com/other/201304 ...

  6. 虚拟文件系统(VFS)

    原文链接:http://www.orlion.ga/1008/ linux在不同的文件系统之上做了一个抽象层,使得文件.目录.读写访问等概念都成为抽象层概念,这个抽象层被称为虚拟文件系统(VFS). ...

  7. 虚拟文件系统VFS

    Linux的文件系统是由虚拟文件系统作为媒介搭建起来的,虚拟文件系统VFS(Virtual File System)是Linux内核层实现的一种架构,为用户空间提供统一的文件操作接口.它在内核内部为不 ...

  8. Linux虚拟文件系统

    从文件 I/O 看 Linux 的虚拟文件系统 1 引言 Linux 中允许众多不同的文件系统共存,如 ext2, ext3, vfat 等.通过使用同一套文件 I/O 系统 调用即可对 Linux ...

  9. Linux 虚拟文件系统四大对象:超级块、inode、dentry、file之间关系

    更多嵌入式原创文章,请关注公众号:一口Linux 一:文件系统 1. 什么是文件系统? 操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统,简称文件系统. 通常文件系统是用于存储和组织文件的一 ...

随机推荐

  1. iOS开发——使用Autolayout生成动态高度的TableViewCell单元格

    步骤一.TableViewCell中使用Autolayout 要点:Cell的高度必须在Constraints中指明,但不能定死,需要让内部由内容决定高度的View决定动态高度. 如UILabel设置 ...

  2. Bootstrap响应式折叠导航

    浏览器宽度缩小到一定值时,导航显示为 <nav class="navbar navbar-inverse navbar-fixed-top" role="navig ...

  3. webpack-dev-server最简单的应用

    1.安装 npm install webpack-dev-server --save-dev 2.再exports后加多一个对象即可 devServer: { contentBase: ". ...

  4. [Linux]nginx tomcat做负载均衡

    之前使用nginx做过web反向代理,没有做过负载均衡,今天有个同学须要做tomcat的负载均衡,我也研究下. 一共是2个机器,一个物理机(win7)上面部署2个tomcat,使用不同的port启动. ...

  5. ylbtech-LanguageSamples-ComInteropPart2(COM 互操作第二部分)

    ylbtech-Microsoft-CSharpSamples:ylbtech-LanguageSamples-ComInteropPart2(COM 互操作第二部分) 1.A,示例(Sample) ...

  6. kvm : Permission denied

    创建虚拟机类型为:“virt type :kvm” 时,会报如下错误: Could not access KVM kernel module: Permission denied failed to ...

  7. angular学习(二)—— Data Binding

    转载请写明来源地址:http://blog.csdn.net/lastsweetop/article/details/51182106 Data Binding 在angular中.model和vie ...

  8. msSQL使用表参数

    使用表参数 表变量(Table Parameters)可以将整个表数据汇集成一个参数传递给存储过程或SQL语句.它的注意性能开销是将数据汇集成参数(O(数据量)). 定义了一个表参数jk_users_ ...

  9. [TypeScript] Custom data structures in TypeScript with iterators

    We usually think of types as something that can define a single layer of an object: with an interfac ...

  10. Android动态载入Dex机制解析

    1.什么是类载入器? 类载入器(class loader)是 Java™中的一个非常重要的概念.类载入器负责载入 Java 类的字节代码到 Java 虚拟机中. Java 虚拟机使用 Java 类的方 ...