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vfs虚拟文件系统是什么 我们知道文件系统的种类有很多。除了Linux标准的文件系统Ext2/Ext3/Ext4外还有很多种文件系统 。linux通过叫做VFS的中间层对这些文件系统提供了完美的支持。在大部分情况下用户通过libc和kernel的VFS交互不需要关心底层文件系统的具体实现。
我的理解vfs就是对各种文件系统的一个抽象它为各种文件系统提供了一个通用的接口类似于c中虚基类的作用而每一种具体的文件系统则将其物理组织结构转换为虚拟文件系统的通用模型。
vfs的作用 vfs所隐含的思想是把表示很多不同种类文件系统的共同信息放入内核其中有一个字段或函数来支持Linux所支持的所有实际文件系统所提供的任何操作。对所调用的每个读、写或其他函数内核都能把它们替换成支持本地Linux文件系统、NTFS文件系统或者文件所在的任何其他文件系统的实际函数。
有了vfs就能很容易实现不同文件系统之间的数据读写因为它们对外接口都是一样的都是vfs导出的通用接口。 以下ulk3书上的例子 例如假设一个用户输入以下shell命令 $ cp /floppy/TEST /tmp/test
其中/floppy是MS-DOS磁盘的一个安装点而/tmp是一个标准的第二扩展文件系统second Extended Filesystom, Ext2的目录。正如图a所示VFS是用户的应用程序与文件系统实现之间的抽象层。因此cp程序并不需要知道/floppy/TEST 和 /tmp/test是什么文件系统类型。相反cp程序直接与VFS交互这是通过Unix程序设计人员都熟悉的普通系统调用来进行的。cp的执行代码如图b所示 vfs支持的文件系统的类型 磁盘文件系统 这类文件系统数目最多最常见ext2/ext3/ext4文件系统关注重点 特殊文件系统。如/proc文件系统 网络文件系统如NFS VFS存在的意义 向上对应用层提供一个标准的文件操作接口 对下对文件系统提供一个标准的接口以便其他操作系统的文件系统可以方便的移植到Linux上 通用文件模型 前面提过vfs所隐含的思想是把表示很多不同种类文件系统的共同信息放入内核vfs通过引入一个通用文件模型来表示所有支持的文件系统。要实现每个具体的文件系统必须将其物理组织结构转换为虚拟文件系统的通用文件模型。
通用文件模型由下列对象类型组成
超级块对象superblock object存放已安装文件系统的有关信息。对基于磁盘的文件系统这类对象通常对应于存放在磁盘上的文件系统控制块filesystem control block。 索引节点对象inode object存放关于具体文件的一般信息。对基于磁盘的文件系统这类对象通常对应于在磁盘上的文件控制块(file control block。每个索引节点对象都有一个索引节点号这个节点号唯一地标识文件系统中的文件。 inode由两个主要部分组成 描述文件状态的元数据文件元数据包括文件大小权限类型时间 文件数据描述则用来定义文件数据在磁盘上的存放位置。 文件对象file object存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息。这类信息仅当进程访问文件期间在于内核内存中。 目录项对象dentry object存放目录项也就是文件的特定名称与对应文件进行链接的有关信息。每个磁盘文件系统都以自己特有的方式将该类信息存在磁盘上。底层文件系统的许多操作严重依赖文件的inode在进行文件操作前我们需要根据路径名找到文件对应的inode。我们知道文件系统是树状结构的因此需要从根目录通过目录树找到要操作的文件或目录这个遍历过程涉及到磁盘操作非常耗时。根据局部性原理很有必要把这个查找过程cache起来dentry就是为了加快目录遍历操作引入的数据结构。 第一次看到这些概念可能你也很懵逼很正常后面看了具体的数据结构代码可能会好点 下图所示是一个简单的示例说明进程怎样与文件进行交互。 三个不同进程已经打开同一个文件其中两个进程使用同一个硬链接我觉得是打开同一路径名文件。在这种情况下其中的每个进程都使用自己的文件对象但只需要两个目录项对象每个硬链接对应一个目录项对象。这两个目录项对象指向同一个索引节点对象该索引节点对象标识超级块对象以及随后的普通磁盘文件。
链接 软链接 软链接又称为符号链接软链接文件内容指向一个文件路径也就是文件真实位置软链接指向的文件也可以是软链接。
硬链接 硬链接是两个文件共享同一个inode。
注意的地方 在处理文件时应用空间和内核空间使用的对象是不同的。对应用程序来说文件描述符用来表示一个文件这个文件描述符是打开文件时内核分配给这个文件的一个整数注意这个文件描述符只在本进程内有效而对于内核来说则使用一个inode来表示一个文件这个inode可能对应着应用层多个进程内的多个文件描述符。 文件在内核内存中是由一个file数据结构来表示的。这种数据结构中包含一个称为f_op的字段该字段中包含一个指向所访问文件的函数指针当然还包括读文件的函数。sys_read()查找到指向该函数的指针并调用它。这样一来应用程序的read()就被转化为相对间接的调用file-f_op-read(…); 与之类似write()操作也会引发一个与输出文件相关的Ext2写函数的执行。简而言之内核负责把一组合适的指针分配给与每个打开文件相关的file变量然后负责调用针对每个具体文件系统的函数由f_op字段指向。 ———————————————— 版权声明本文为CSDN博主「uestc-leon」的原创文章遵循CC 4.0 BY-SA版权协议转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接https://blog.csdn.net/weixin_36145588/article/details/73607463
