Linux虚拟文件系统(3)– VFS系统调用

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Linux虚拟文件系统(1)

Linux虚拟文件系统(2)– 初始化流程

前言

前2章分别介绍了VFS的基本数据结构和初始化流程。本章介绍VFS文件系统的使用。文件系统使用大多是从应用层系统调用开始的,下表是对文件系统系统调用的一个整理。

Linux虚拟文件系统(3)-- VFS系统调用

MOUNT

VFS文件系统可以使用的前提,是系统挂载(Mount)成功。前一章中我们看到系统初始化过程中挂载了Rootfs,即根文件系统(/)。这里我们具体看一下rootfs挂载的细节。 继续阅读“Linux虚拟文件系统(3)– VFS系统调用”

Linux虚拟文件系统(2)– 初始化流程

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Linux虚拟文件系统(1)

Linux虚拟文件系统(3)– VFS系统调用

上文介绍了Linux VFS的基本架构与数据结构,本文介绍Linux虚拟文件系统的初始化过程。

如下图

+-----> start_kernel()
|
|
+-----> vfs_caches_init_early()
|
|
+-----> vfs_caches_init()
|                        +--->new thread(kernel_init)
|                        |       +
|                        |       |
+-----> rest_init()+------       v
                           kernel_init_freeable
                                 + 
                                 | 
                                 v
                             do_basic_setup
                                 +
                                 |
                                 v
                           prepare_namespace

在Linux kernel的入口函数start_kernel中,系统调用vfs_caches_init_early和vfs_caches_init进行必要的初始化。 继续阅读“Linux虚拟文件系统(2)– 初始化流程”

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Linux虚拟文件系统(3)– VFS系统调用

VFS简介

Linux将系统中很多资源都抽象成文件,如Socket、设备节点、以及内存。可以如此做,归功于Linux操作系统的虚拟文件系统(VFS)。

有了VFS,无论底层文件系统格式是FAT、ext格式甚至是内存,(一般情况下)上层应用无论关心底层这些文件系统的实现细节,可以按照统一的方式对文件进行操作。

Linux虚拟文件系统(1)

如上图,用户态应用通过glibc提供的API对文件进行操作,如open()、read()、 write()等。Glibc将这些函数转换成Linux提供的系统调用,操作系统根据系统调用号执行对应的操作函数,如__syscall_open/__syscall_read/__syscall_write等。这样就走到了Linux的虚拟文件系统层(上图VFS)。

Linux文件系统模型

Linux VFS最重要的数据结构包括

  • SuperBlock:存储与已加载(Mount)的文件系统相关的信息
  • inode:与系统中文件关联的相关信息
  • dentry:文件系统目录描述符,用来关联文件系统中的目录
  • file:与特定进程锁打开文件相关的结构体

下图(引自<Understanding the Linux Kernel>)描述了这些数据结构间的关系。三个进程打开同一个文件,其中进程3通过不同的文件硬链接访问这个文件。可以看出进程打开一个文件后,通过对应的文件描述符关联了到文件对象。相同的硬链接文件,它对应的dentry对象也是相同的(虽然是同一个文件,不同硬链接的dentry对象也是不同的)。注:f_dentry目前已经由struct path f_path成员取代。不同的dentry对象最终指向的是同一个在某个超级块上的inode节点,最终指向磁盘文件。

注意到其中process 1访问对应dentry有一个dentry cache,这是Linux的一种缓存机制。可以将最近加载或者使用的dentry节点缓存到内存中,加速访问。

Linux虚拟文件系统(1)

下边看一下具体的数据结构。 继续阅读“Linux虚拟文件系统(1)”