linux文件系统

定义

linux文件系统是一种机制或者说是一种协议，它用来组织存储设备上的数据和元数据。在linux文件系统中采用了多级目录的树型层次结构去管理文件，用/表示。linux系统的文件系统都会安装到一个目录下，并隐藏了该目录的原有内容，这个目录叫做安装目录或者安装点。

linux缺省的文件系统是ext2/ext3/ext4，继承自unix，这种文件系统把文件名和文件控制信息分开管理，文件控制信息组成一个inode结构。

文件类型

• 普通文件，文件名不超过255字符
• 目录文件：. 为目录本身，.. 为父目录
• 字符设备文件/块设备文件：linux把设备的I/O作为对文件读写
• 管道文件：进程间通信
• 链接文件：符号链接文件，可以实现共享文件
• socket：网络文件

/proc文件系统

• 虚拟文件系统，用来获取系统的状态信息，并且可以改变系统的配置信息

VFS虚拟文件系统

为了使得各种物理文件系统能够转换成具有统一共性的文件系统，对各种文件系统进行抽象，linux使用了一种虚拟文件系统。

另外VFS其实不是一种实际的文件系统，因为它不是存在于外存的，VFS是仅仅存在于内存。

作用

假如用户输入 cp /floopy/TEST /tmp/test，其中前者是MS-DOS磁盘的挂载点，后者是ext2文件系统的一个目录，但因为VFS提供了系统调用接口，使得cp不用理会两者的文件系统而进行文件操作

VFS文件系统的结构

文件模型：

• superblock：存储了已安装系统的信息，对应于物理文件系统的文件系统超级块
  • VFS把不同的文件系统中的组织结构信息进行抽象，形成了统一的、兼顾各种不同文件系统的统一的超级块。
  • 在具体文件系统安装时建立，在卸载时删除
  • 结构内有两个重要变量
    • s_type：指向文件系统类型的指针
    • s_op：指向超级块（一个叫super_operations的结构）操作的指针，通过指向的那个操作结构，就可以得到包含着的一系列操作指针
• inode object：存储文件信息
  • VFS的inode对象存在于内存。而物理文件系统的inode对象存在于外存，并长期存在
  • 有一个i_op指向inode_operations的结构
• dentry object：描述一个目录项
  • 为了加速访问，VFS文件系统维护着一个目录项的缓冲
• file object：存储一个打开文件和一个进程的关联信息
  • 与进程相关
  • 在open()时创建，close()时销毁

文件类型的注册

linux支持的文件系统必须先注册后才能使用，注册有两种方式：

• 在系统引导时在VFS中注册
• 把文件系统做成可装载模块，在安装时在VFS中注册

注册后的文件系统会登记在file_system_type结构中，从而组成一个注册链表

文件系统的安装

把ext2/3/4文件系统的磁盘分区作为系统的根文件系统，其它文件系统则安装在根文件系统下的某个目录下，成为系统树形结构的分支

安装命令： mount -t vfat /dev/hda5 /mnt/win；

mount -t ext2 -i loop ./myfs /mnt

文件的管理与操作

对于打开的文件，有两种管理方式：

• 通过系统打开文件表进行统一管理
  • 把所有进程打开的文件集中管理，组成一个双向链表，每个结点就是一个file结构
• 进程的私有数据结构进行管理
  • fs_struct结构记录进程所在文件系统的根目录和当前目录
  • files_struct结构包含着进程的打开文件表，打开的文件会建立一个file结构，该结构的地址会写到fd[]数组的第一个空闲元素，因此fd数组的下标则为文件描述符

文件的open操作

• 对应的内核函数是sys_open()

文件的read操作

• page cache：由于需要减少IO的次数，linux在读写文件时采用了页缓冲，对文件的读写需要经过页缓冲

ext2文件系统

• 实现了符号链接的方式
• ext2分区的第一个磁盘块用于引导