Linux 文件系统概述

        linux中有很多种文件系统，如，ext2，ext3，ext3，sysfs，procfs等。每种文件系统都有自己的特性。

       linux文件系统体系结构通过使用一组通用的API函数，实现了对不同具体文件系统的抽象化。

一、文件系统的体系结构

        图1中显示了用户空间和内核中与文件系统相关的主要组件之间的关系

 

        图1文件系统的体系结构

       用户空间包含一些应用程序（例如，文件系统的使用者）和 GNU C 库（glibc），它们为文件系统调用（打开、读取、写和关闭）提供用户接口。系统调用接口的作用就像是交换器，它将系统调用从用户空间发送到内核空间中的适当端点。

VFS 是底层文件系统的主要接口。这个组件导出一组接口，然后将它们抽象到各个文件系统，各个文件系统的行为可能差异很大。有两个针对文件系统对象的缓存（inode 和 dentry）。它们缓存最近使用过的文件系统对象。

二、文件系统的主要结构

       文件系统中主要有四种数据结构，分别是超级块对象（superblock）、索引节点对象（inode）、目录项对象（dentry ）和文件对象（file）。

       超级块对象（super_block）：存储一个已安装的文件系统的控制信息（文件系统的状态、文件系统类型、块大小、区块数、索引节点数、脏标志、操作方法），它代表一个已安装的文件系统；每次一个实际的文件系统被安装时，内核会从磁盘的特定位置（磁盘的超级块位置）读取一些控制信息来填充内存中的超级块对象。

       索引节点对象（inode）：存储了文件和目录的相关信息（和文件本身是两个不同的概念。它包含的是诸如文件的大小、拥有者、创建时间、磁盘位置、文件操作方法、脏标示等和文件相关的信息），代表一个实质的文件，在磁盘保存有该对象。当一个文件首次被访问时，内核会在内存中组装相应的索引节点对象，以便向内核提供对一个文件进行操作时所必需的全部信息。

       目录项对象（dentry）：它代表一个目录项（包括该目录对象对应的索引节点，子目录链表，父目录目录项对象，与它同级的目录的目录项对象链表，使用计数，缓存标志），是路径的一个组成部分（注：路径中的每个组成部分都由一个索引节点对象表示）。该对象只存放在内存中。

       文件对象（file）：是已打开的文件在内存中的表示（包括相应的目录项对象、使用计数、访问模式、当前偏移量、操作方法等），主要用于建立进程和磁盘上的文件的对应关系。它由sys_open() 现场创建。

       当三个不同的进程打开相同的文件时，其中两个使用相同路径，如图2所示。

         

       图2进程与file、dentry，inode，super_block的关系

这种情况下， 三个进程都拥有自己的file对象，其中两个使用相同路径的共用一个dentry对象，这两个dentry对象指向同一个inode对象，对应唯一的一个超级块对象，和同一个磁盘文件。

其他主要的数据结构还有：

       file_system_type：用于描述具体的文件系统的类型信息，所以被Linux支持的文件系统，都有且仅有一个file_system_type结构而不管它有零个或多个实例被安装到系统中。如ext2,ext3,NFS。

       安装点（vfsmount）：当一个文件系统被实际安装，就有一个vfsmount结构体被创建，这个结构体对应一个安装点。与超级块一样（即与超级块是一一对应的），但没有存放在磁盘中。它包括安装点的相关信息，如位置和安装标志等。

 

三、文件系统的使用

       (1) 文件系统的创建(mkfs.xxx)

即是存储设备建立文件系统的过程，一般也被称为格式化或初始化，通过一些初始化工具来进行。一般的情况下每个类型的操作系统都有这方面的工具，也有多功能的第三方工具。在Linux中有 mkfs系列工具

[root@RedHat ~]# mkfs.
mkfs.cramfs   mkfs.ext3     mkfs.ext4dev  mkfs.vfat
mkfs.ext2     mkfs.ext4     mkfs.msdos

       (2）文件系统的挂载（mount）：

这一过程可简单描述为：将某一设备(dev_name)上某一文件系统(file_system_type)安装到VFS目录树上的某一安装点(dir_name)。

       (3) 其他操作：目录操作，目录创建、目录删除等操作，及其文件操作等。

后续会慢慢分析相关技术点。