虚拟文件系统
作者：互联网
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
标签：文件,struct,dentry,文件系统,虚拟,file,inode,链接 来源： https://blog.51cto.com/u_15169172/2710944