《Linux内核设计与实现》读书笔记（十三）- 虚拟文件系统

虚拟文件系统（VFS）是linux内核和具体I/O设备之间的封装的一层共通访问接口，通过这层接口，linux内核可以以同一的方式访问各种I/O设备。

虚拟文件系统本身是linux内核的一部分，是纯软件的东西，并不需要任何硬件的支持。

主要内容：

虚拟文件系统的作用

虚拟文件系统的4个主要对象

文件系统相关的数据结构

进程相关的数据结构

小结

1. 虚拟文件系统的作用

虚拟文件系统(VFS)是linux内核和存储设备之间的抽象层，主要有以下好处。

- 简化了应用程序的开发：应用通过统一的系统调用访问各种存储介质

- 简化了新文件系统加入内核的过程：新文件系统只要实现VFS的各个接口即可，不需要修改内核部分

2. 虚拟文件系统的4个主要对象

虚拟文件中的4个主要对象，具体每个对象的含义参见如下的详细介绍。

2.1 超级块

超级块(super_block)主要存储文件系统相关的信息，这是个针对文件系统级别的概念。

它一般存储在磁盘的特定扇区中，但是对于那些基于内存的文件系统(比如proc,sysfs)，超级块是在使用时创建在内存中的。

超级块的定义在：<linux/fs.h>

struct files_struct {
atomic_t count;      /* 使用计数 */
struct fdtable *fdt; /* 指向其他fd表的指针 */
struct fdtable fdtab;/* 基 fd 表 */
spinlock_t file_lock ____cacheline_aligned_in_smp; /* 单个文件的锁 */
int next_fd;                                       /* 缓存下一个可用的fd */
struct embedded_fd_set close_on_exec_init;         /* exec()时关闭的文件描述符链表 */
struct embedded_fd_set open_fds_init;              /* 打开的文件描述符链表 */
struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];           /* 缺省的文件对象数组 */
};

View Code
struct fs_struct 位于：<linux/fs_struct.h>

struct fs_struct {
int users;               /* 用户数目 */
rwlock_t lock;           /* 保护结构体的读写锁 */
int umask;               /* 掩码 */
int in_exec;             /* 当前正在执行的文件 */
struct path root, pwd;   /* 根目录路径和当前工作目录路径 */
};

struct mmt_namespace 位于：<linux/mmt_namespace.h>

但是在2.6内核之后似乎没有这个结构体了，而是用 struct nsproxy 来代替。

以下是 struct task_struct 结构体中关于文件系统的3个属性。

struct task_struct 的定义位于：<linux/sched.h>

/* filesystem information */
struct fs_struct *fs;
/* open file information */
struct files_struct *files;
/* namespaces */
struct nsproxy *nsproxy;

5. 小结

VFS 统一了文件系统的实现框架，使得在linux上实现新文件系统的工作变得简单。

目前linux内核中已经支持60多种文件系统，具体支持的文件系统可以查看 内核源码 fs 文件夹下的内容。