inode and vnode

文件系统格式

windows: FAT, NTFS;
Linux: ext, ext1/2/3/4, xfs;
网络： NFS, SMB（samba SMB/CIFS）
云：

VFS： Linux & Mac OS 在文件系统之上虚拟出一层文件系统，Virtual FS；
POSIX： portable operating systerm interface of Unix.
来自用户进程的调用都通过POSIX系统调用(open, read, write, seek)接口来和底层文件系统(EXT, NTFS)交互;

比如同样是create， 在windows NTFS文件系统中用createprocess, 在UNIX中用fork， 那么虚拟层VFS中实现POSIX接口来统一它们的结构，方便和user space交互。

Vnode 是 virtual inode。
每个打开的文件或目录都有一个关联的vnode。是内存抽象的。
Vnode 包含有关文件的一些数据，但仅包含在文件生命周期内不会更改的属性
它抽象了 inode 的大部分内容（inode 可以是其数据字段之一），但也捕获了对文件、锁等的操作。
这使得它能够支持非基于 inode 的文件系统，特别是网络文件系统。

对于 vfs 类型，其虚函数表 struct vfsops，包含了一系列的函数指针，用来执行诸如 mount、unmount、sync 和 vget 等操作。
对于 vnode 类型也是类似的，其虚函数表 struct vnodeops，包含 open、rdwr 和 close 等函数，还有create、unlink 和 rename 等函数。一些函数是针对特定的文件类型的，比如 readlink、mkdir、readdir 和 rmdir。
vnode 实例用来进行跟踪打开的文件。它包含 struct *vnodeops 指针

inode 和 vnode的理解

inode 指的是文件的元数据，是文件系统层面的结构，在数据块中的物理位置，存在于具体的文件系统中，只对具体的文件系统有意义：

NTFS, FAT, ext3, xfs, NFS, SMBAFS
inode 本身不存储文件名

vnode 是 unit-like操作系统中的抽象层，为不同文件系统提供统一的接口。

用于代表所有文件系统的文件或目录，包含指向具体文件系统操作的指针。
可以统一的处理各种文件系统。

每个打开的文件或目录都有一个关联的vnode。是内存抽象的。
Vnode 包含有关文件的一些数据，但仅包含在文件生命周期内不会更改的属性

vnode 本身不存储文件名

inode 是文件系统级别的，vnode是操作系统级别的，为所有文件系统提供一个统一的接口
vnode只在文件打开时候才会存在，它调用inode的信息，但是windows怎么做呢？

inode

是unix中文件的元数据，包含：
软、硬链接；
owner, group；
ACLs;
数据块指针；

ls -le 中的数据几乎都是从inode来的

vnode

表示文件的抽象接口，指向文件？
当应用程序请求打开文件， 内核查找如果缓存中没有的话，就会创建一个vnode。
然后开始填充vnode，查看请求的文件路径位于哪个文件系统上，如果在linux上，就用linux的
文件系统驱动来填充？ 怎么理解这里的文件系统驱动？
如果位于NTFS，就用ntfs的驱动。。

当应用程序要读文件时候，使用vnode的信息，函数指针，进行操作。

扩展

inode 指向数据块的指针

硬链接两个文件名，指向同一份文件data；
多个文件名 指向同一个文件data；

软连接可以跨文件系统，类似于 Windows 的快捷方式；

用 ln filename hardfilename， 创建一个硬链接；
用ls -li 查看源文件和硬链接都有相同的inode，指向同一个物理数据块；
修改hardfilename内容，查看源文件，内容显示的也是修改后的；

https://www.jianshu.com/p/dde6a01c4094

ln -s 创建一个软连接，发现它指向的inode与源文件不同， 软连接的inode中指向的数据块中存放的是源文件的路径；

删除源文件之后，读取硬链接，发现内容还在，因为硬链接的inode 依然指向那个data block，data block并未被释放掉；
而软连接找不到内容，因为软连接指向的绝对路径源文件被删了；

再扩展 文件描述符

https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/4154834.html
当进程打开一个文件时，内核就会创建一个新的file对象；
file对象中描述了文件的打开模式，读写位置等重要信息；
file对象不是专属于某个进程的，不同进程的文件描述符表中的指针可以指向相同的file对象，从而共享这个打开的文件；
file对象有引用计数，记录了引用这个对象的文件描述符个数，只有当引用计数为0时，内核才销毁file对象，
因此某个进程关闭文件，不影响与之共享同一个file对象的进程.

dentry对象代表一个独立的文件路径，如果一个文件路径被打开多次，那么会建立多个file对象，但它们都指向同一个dentry对象。
dentry对象中又包含一个指向inode对象的指针。inode对象代表一个独立文件。因为存在硬链接与符号链接，因此不同的dentry对象可以指向相同的inode对象.
inode 对象包含了最终对文件进行操作所需的所有信息，如文件系统类型、文件的操作方法、文件的权限、访问日期等。

来到vnode的扩展部分

https://juicefs.com/zh-cn/blog/engineering/how-support-multiple-file-systems

对于 vfs 类型，其虚函数表 struct vfsops，包含了一系列的函数指针，用来执行诸如 mount、unmount、sync 和 vget 等操作。
对于 vnode 类型也是类似的，其虚函数表 struct vnodeops，包含 open、rdwr 和 close 等函数，还有create、unlink 和 rename 等函数。一些函数是针对特定的文件类型的，比如 readlink、mkdir、readdir 和 rmdir。
vnode 实例用来进行跟踪打开的文件。它包含 struct *vnodeops 指针

我们可以在此处找到文件对象，struct file 的实例。在文件的所有其他内容中，最值得注意的是一个字段 loff_t f_pos，它表示文件当前位置距离文件起始位置的偏移量（以字节为单位）。

文件的类是通过一个虚函数表来定义。我们可以找到一个指针 struct file_operations *f_op 。
它展示了文件可以执行的所有操作，其中最常见的是打开（open）、关闭（close）、定位（lseek）、读取（read）和写入（write）。
https://wushifublog.com/2020/05/22/深入理解Linux内核——VFS/

扩展： poxis中的文件锁

POSIX 标准是要求通过 fcntl() 系统调用实现一个文件锁的机制，这样就能避免竞争关系。
这个文件锁可以对整个文件或者文件中的某个区域（小到一个字节）进行锁定，由于可以锁文件的部分内容，所以一个进程可以同时获取同一个文件的多个锁。

在 Linux 中可以通过 fcntl() & flock() 系统调用对文件进行上锁。通常在类 unix 系统中，flock() 系统调用会无视 MS_MANDLOCK 的挂载标志，只产生劝告锁。

Linux 对于劝告锁和强制锁都有实现。一个进程获取劝告锁的方式有2种：

通过 flock() 系统调用，这个锁只能对整个文件上锁
通过 fcntl() 系统调用，可以文件的特定部分进行上锁