Virtual File System
2021-05-11
vfs 介绍
Unix 的设计哲学就是 一切皆文件，但是由于存在多种文件系统，如 FAT，ZFS，btrfs 等，
为了保证用户层的视图统一， 就出现了 VFS。
vfs 相关 API
首先我们来看看于文件系统相关的一些对象，和对应的数据结构：
- 文件对象：file
- 挂载文件系统：
- vfsmount：挂载点
- super_block：文件系统
- 文件系统操作：super_operations
- 文件或者目录：dentry
- 文件或者目录操作：
- file_operations：文件操作
- inode_operaions：inode 操作
- address_space_operations：数据和 page cache 操作
看完相关的数据结构，我们来看看各个结构是如何组织的：
我们根据上图来解释一下各个数据结构：
- 通过 task_struct 结构可以间接的访问到打开的文件列表，这个文件列表是一个数组，这个数组的容量非常巨大。 数据的索引即我们常说的 file descriptor，数据的每个元素为 file 文件对象指针， 上图可以注意到 f_mode 表明一个进程可以同时打开同一个文件两次， 一次为 O_RDONLY，一次为 O_RDWR。 注意，这个文件的指针的最后两个 bit，一般被 kernel 内部使用。
- 一个文件可以通过两个对象来表示：
- inode：表示自身的信息，如 i_uid，i_gid。
- dentry：表示该文件的目录信息。
- linux 中的文件可以有多种，多个文件系统通过挂载点对象 vfsmount 来区分。
看完了 vfs 在 linux kernel 中的代码结构，我们来看看 vfs 使用时，kernel 内部都做了些什么操作：
- open：open system call 将创建一个 file 对象，并且在 open files tables 中分配一个索引。 在这个之前，还会做一些其他的工作，首先通过查找 dentry cache 来确定这个 file 存在的位置。 其次还包括一些鉴权工作。
- write：由于 block I/O 非常耗时，所有 linux 会使用 page cache 来缓存每次 read file 的内容， 当 write system call 时，系统将这个 page 标记为 dirty，并且将这个 page 移动到 dirty list 上， 系统会定时将这些 page flush 到磁盘上。
