嵌入式 Linux根文件系统移植（一）——Linux文件系统简介

嵌入式 Linux根文件系统移植（一）——Linux文件系统简介

    本文对文件系统分析的代码来源于linux 2.6.35.7版本。

一、文件系统的体系结构

    文件系统是对存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，便于用户和操作系统的交互。Linux支持多种文件系统，文件系统接口实现为分层的体系结构，将用户接口层、文件系统实现和操作存储设备的驱动程序分隔开。Linux文件系统的体系结构如下：



    用户空间包含一些应用程序（例如，文件系统的使用者）和 GNU C库（glibc），为文件系统调用（打开、读取、写和关闭）提供用户接口。系统调用接口的作用就像是交换器，将系统调用从用户空间发送到内核空间中的适当端点。
        VFS 是底层文件系统的主要接口，会导出一组接口，抽象到各个文件系统。有两个针对文件系统对象的缓存（inode 和 dentry），用于缓存最近使用过的文件系统对象。
    每个文件系统的实现（比如 ext2、yaffs2等等）导出一组通用接口，供VFS使用。缓冲区缓存会缓存文件系统和相关块设备之间的请求。例如，对底层设备驱动程序的读写请求会通过缓冲区缓存来传递，允许在缓冲区缓存请求，减少访问物理设备的次数，加快访问速度。以最近使用（LRU）列表的形式管理缓冲区缓存。但是，可以使用sync命令将缓冲区缓存中的请求发送到存储媒体（迫使所有未写的数据发送到设备驱动程序，进而发送到存储设备）。

二、虚拟文件系统层

        VFS 作为文件系统接口的根层。VFS 记录当前支持的文件系统以及当前挂装的文件系统。VFS并不是一种实际的文件系统，只存在于内存中，不存在于任何外存空间。VFS在系统启动时建立，在系统关闭时消亡。
    可以使用一组注册函数在Linux中动态地添加或删除文件系统。kernel保存当前支持的文件系统的列表，可以通过 /proc 文件系统在用户空间中查看这个列表。proc虚拟文件系统还显示当前与所支持文件系统相关联的设备。在Linux中添加新文件系统的方法是调用register_filesystem，函数的参数定义一个文件系统结构（file_system_type）的引用，文件系统结构定义了文件系统的名称、一组属性和两个超级块函数。register_filesystem函数也可以注销文件系统。
    在注册新的文件系统时，会把要注册的新文件系统及其相关信息添加到 file_systems链表中（linux/include/linux/fs.h）。file_systems列表定义可以支持的文件系统。在命令行上输入cat /proc/filesystems，就可以查看当前linux系统支持的文件系统类型。
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struct file_system_type {const char *name;int fs_flags;int (*get_sb) (struct file_system_type *, int,       const char *, void *, struct vfsmount *);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;struct lock_class_key s_vfs_rename_key;struct lock_class_key i_lock_key;struct lock_class_key i_mutex_key;struct lock_class_key i_mutex_dir_key;struct lock_class_key i_alloc_sem_key;};struct super_block {struct list_heads_list;/* Keep this first */dev_ts_dev;/* search index; _not_ kdev_t */unsigned chars_dirt;unsigned chars_blocksize_bits;unsigned longs_blocksize;loff_ts_maxbytes;/* Max file size */struct file_system_type*s_type;const struct super_operations*s_op;const struct dquot_operations*dq_op;const struct quotactl_ops*s_qcop;const struct export_operations *s_export_op;unsigned longs_flags;unsigned longs_magic;struct dentry*s_root;struct rw_semaphores_umount;struct mutexs_lock;ints_count;atomic_ts_active;#ifdef CONFIG_SECURITYvoid                    *s_security;#endifconst struct xattr_handler **s_xattr;struct list_heads_inodes;/* all inodes */struct hlist_heads_anon;/* anonymous dentries for (nfs) exporting */struct list_heads_files;struct list_heads_dentry_lru;/* unused dentry lru */ints_nr_dentry_unused;/* # of dentry on lru */struct block_device*s_bdev;struct backing_dev_info *s_bdi;struct mtd_info*s_mtd;struct list_heads_instances;struct quota_infos_dquot;/* Diskquota specific options */ints_frozen;wait_queue_head_ts_wait_unfrozen;char s_id[32];/* Informational name */void *s_fs_info;/* Filesystem private info */fmode_ts_mode;u32   s_time_gran;struct mutex s_vfs_rename_mutex;/* Kludge */char *s_subtype;char *s_options;};struct inode {struct hlist_nodei_hash;struct list_headi_list;/* backing dev IO list */struct list_headi_sb_list;struct list_headi_dentry;unsigned longi_ino;atomic_ti_count;unsigned inti_nlink;uid_ti_uid;gid_ti_gid;dev_ti_rdev;unsigned inti_blkbits;u64i_version;loff_ti_size;#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDEREDseqcount_ti_size_seqcount;#endifstruct timespeci_atime;struct timespeci_mtime;struct timespeci_ctime;blkcnt_ti_blocks;unsigned short          i_bytes;umode_ti_mode;spinlock_ti_lock;/* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */struct mutexi_mutex;struct rw_semaphorei_alloc_sem;const struct inode_operations*i_op;const struct file_operations*i_fop;/* former ->i_op->default_file_ops */struct super_block*i_sb;struct file_lock*i_flock;struct address_space*i_mapping;struct address_spacei_data;#ifdef CONFIG_QUOTAstruct dquot*i_dquot[MAXQUOTAS];#endifstruct list_headi_devices;union {struct pipe_inode_info*i_pipe;struct block_device*i_bdev;struct cdev*i_cdev;};__u32i_generation;#ifdef CONFIG_FSNOTIFY__u32i_fsnotify_mask; /* all events this inode cares about */struct hlist_headi_fsnotify_mark_entries; /* fsnotify mark entries */#endif#ifdef CONFIG_INOTIFYstruct list_headinotify_watches; /* watches on this inode */struct mutexinotify_mutex;/* protects the watches list */#endifunsigned longi_state;unsigned longdirtied_when;/* jiffies of first dirtying */unsigned inti_flags;atomic_ti_writecount;#ifdef CONFIG_SECURITYvoid*i_security;#endif#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACLstruct posix_acl*i_acl;struct posix_acl*i_default_acl;#endifvoid*i_private; /* fs or device private pointer */}; struct inode_operations {int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,struct inode *, struct dentry *);int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);void (*truncate) (struct inode *);int (*permission) (struct inode *, int);int (*check_acl)(struct inode *, int);int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);void (*truncate_range)(struct inode *, loff_t, loff_t);long (*fallocate)(struct inode *inode, int mode, loff_t offset,  loff_t len);int (*fiemap)(struct inode *, struct fiemap_extent_info *, u64 start,      u64 len);};[title3]