VFS的层次

文件系统实现与用户进程（或C库）之间。

文件系统分类

基于磁盘的文件系统（ext2/3  fat  iso9660…）、虚拟文件系统（proc）、网络文件系统（nfs）

通用文件模型

VFS提供一种结构模型，包含了一个强大的文件系统所应具备的所有组件。所有的文件系统实现，都必须提供与VFS定义的结构配合的例程，以弥补两种试图之间的差异。

文件描述符

一个整数，在用户层所有有关文件的操作中用于标识一个文件，在打开文件时由内核创建，特定于进程。

inode

l  inode是什么？

2  inode用来存放文件的元数据（例如，文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等）

2  注意inode并不包含文件名。

l  inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

2  文件的size、文件属主的User ID、Group ID

2  文件的读、写、执行权限

2  文件的时间戳，：ctime（inode上一次变动的时间）、mtime（文件内容上一次变动的时间）、atime（文件上一次打开的时间）。

2  链接数，即有多少文件名指向这个inode。

2  文件数据分布在哪些磁盘Block。

l  inode的状态

每个inode处于三种状态中的一个：

2  inode位于内存中，未关联到文件；（inode_unused）

2  inode位于内存中，由一个或多个进程使用，已与磁盘同步；（inode_in_used）

2  inode处于活动使用状态，与磁盘上内容未同步，脏inode；

l  inode是如何组织的？

2  内核使用两种方式组织inode。

2  链表：每个inode都有一个i_list成员，可将inode存储在链表中。（inode出现在特定于超级块的链表中i_sb_list，同时出现在特定于状态的链表中，例如inode_in_used）

2  散列：每个inode同时出现在一个散列表中（根据inode号快速访问inode）。

l  目录是什么？

2  Linux下，目录也是文件，也有inode和数据部分，其数据部分内容如下：

第一部分表示对应inode的编号（系统内唯一），第二部分表示文件或目录的名字。

内核如何访问/user/bin/emacs

首先读取根目录（这个在内核中一直被维护，），在根目录文件的数据部分查找user这个目录项，根据其中的inode编号，获取inode。bin的查找类似，一直到查找到emacs，找到emacs对应的inode，该inode的数据部分即emacs这个文件（普通数据文件）的内容。

图示：

目录项缓存dentry：

l  引入dentry

上述访问/user/bin/emacs过程非常耗时，需要不断地读取inode和对应的数据部分。为了加速，内核将之前访问过的目录或文件（统称为目录项）缓存起来，下次再访问同样的目录项（例如，/user/bin/vi的/user/bin/部分）时，可以直接找到对应的inode（上图中为10号）。

l  dentry的目的：

dentry的主要用途是建立文件名和inode之间的关联。

所以该结构体包括两个最主要的字段，d_inode和d_name。

其中，d_name为文件名。qstr是内核对字符串的封装（可以理解为带有散列值的char*）。

d_inode是与该文件名对应的inode。

l  dentry结构体：

struct dentry {

    …

/* Where the name belongs to - NULL is negative */

    struct inode *d_inode; 

struct qstr d_name;

struct dentry *d_parent; /* parent directory */

    union {

    struct list_head d_child; /* child of parent list */

    struct rcu_head d_rcu;

    } d_u;

    struct list_head d_subdirs; /* our children */

    struct dentry_operations *d_op;

    struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */

    unsignedchard_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN]; /* small names */

…

};

l  什么时候创建

在VFS（以及文件系统实现）读取一个目录项（目录或普通文件）后，则创建一个dentry来缓存找到的数据。

l  内存中这些dentry如何组织管理

2  结构：各个dentry实例组成了一个网络，例如，当前dentry实例对应的所有文件和子目录相关联的dentry都归入到d_subdirs中。

2  组织方式一：内核所有活动的dentry实例都保存在一个散列表中，该散列表使用dentry_hashtable实现（全局dentry散列表）。

2  组织方式二：LRU链表，长时间不使用的dentry会被删除。

链接link

l  两类链接：符号链接（软链接）和硬链接。

l  符号链接（软链接）文件使用自己的inode，该inode的数据部分包含了一个字符串，给出了链接目标的路径。

l  硬链接创建时，使用了已有的inode编号。硬链接建立以后，无法区分原来的文件和新建的硬链接文件。这种情况下，inode使用计数器来确保文件删除操作中，当没有其他文件使用该inode时，才能真正删除该inode。

示意图：

特定于进程的信息

struct task_struct {

     ...

     /* 进程的文件系统相关的信息*/

     struct fs_struct *fs;

     /* 该进程打开的文件 */

     struct files_struct *files;

     ...

}

struct files_struct {

     ...

     struct fdtable fdtab;

     struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT];

};

struct file {

     ...

struct path *f_path;

     loff_t   f_pos;

     ...

};

struct file_operations {

     ...

     ssize_t (*write) (struct file *, constchar __user *, size_t, loff_t *);

     int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);

     unsignedint (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

     int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsignedint, unsignedlong);

     int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);

     int (*open) (struct inode *, struct file *);

     ...

};

struct file_operations->open函数实质上是将一个file对象关联到一个inode。

poll函数也在其中。

从task到dentry/inode