學(xué)號：16020311003? ? 姓名：楊虎成

【嵌牛導(dǎo)讀】Linux支持多種文件系統(tǒng)翔始，文件系統(tǒng)接口實現(xiàn)為分層的體系結(jié)構(gòu)滥嘴，將用戶接口層售碳、文件系統(tǒng)實現(xiàn)和操作存儲設(shè)備的驅(qū)動程序分隔開

【嵌牛鼻子】Linux的每個文件系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行抽象匈勋，使得不同的文件系統(tǒng)在Linux核心以及系統(tǒng)中運行的其他進(jìn)程看來，都是相同的庆揩，這種抽象的結(jié)構(gòu)就是通用文件模型

【嵌牛提問】Linux文件系統(tǒng)如何移植設(shè)備上的數(shù)據(jù)

【嵌牛正文】

嵌入式ARM

一俐东、文件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

文件系統(tǒng)是對存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機制，便于用戶和操作系統(tǒng)的交互订晌。Linux支持多種文件系統(tǒng)虏辫，文件系統(tǒng)接口實現(xiàn)為分層的體系結(jié)構(gòu)，將用戶接口層锈拨、文件系統(tǒng)實現(xiàn)和操作存儲設(shè)備的驅(qū)動程序分隔開砌庄。

用戶空間包含一些應(yīng)用程序（例如，文件系統(tǒng)的使用者）和 GNU C庫（glibc），為文件系統(tǒng)調(diào)用（打開娄昆、讀取佩微、寫和關(guān)閉）提供用戶接口。系統(tǒng)調(diào)用接口的作用就像是交換器萌焰，將系統(tǒng)調(diào)用從用戶空間發(fā)送到內(nèi)核空間中的適當(dāng)端點哺眯。

VFS 是底層文件系統(tǒng)的主要接口，會導(dǎo)出一組接口扒俯，抽象到各個文件系統(tǒng)奶卓。有兩個針對文件系統(tǒng)對象的緩存（inode 和 dentry），用于緩存最近使用過的文件系統(tǒng)對象撼玄。

每個文件系統(tǒng)的實現(xiàn)（比如 ext2夺姑、yaffs2等等）導(dǎo)出一組通用接口，供VFS使用掌猛。緩沖區(qū)緩存會緩存文件系統(tǒng)和相關(guān)塊設(shè)備之間的請求瑟幕。例如，對底層設(shè)備驅(qū)動程序的讀寫請求會通過緩沖區(qū)緩存來傳遞留潦，允許在緩沖區(qū)緩存請求，減少訪問物理設(shè)備的次數(shù)辣往，加快訪問速度兔院。以最近使用（LRU）列表的形式管理緩沖區(qū)緩存。但是站削，可以使用sync命令將緩沖區(qū)緩存中的請求發(fā)送到存儲媒體（迫使所有未寫的數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備驅(qū)動程序坊萝，進(jìn)而發(fā)送到存儲設(shè)備）。

二许起、虛擬文件系統(tǒng)層

VFS 作為文件系統(tǒng)接口的根層十偶。VFS 記錄當(dāng)前支持的文件系統(tǒng)以及當(dāng)前掛裝的文件系統(tǒng)。VFS并不是一種實際的文件系統(tǒng)园细，只存在于內(nèi)存中惦积，不存在于任何外存空間。VFS在系統(tǒng)啟動時建立猛频，在系統(tǒng)關(guān)閉時消亡狮崩。

可以使用一組注冊函數(shù)在Linux中動態(tài)地添加或刪除文件系統(tǒng)。kernel保存當(dāng)前支持的文件系統(tǒng)的列表鹿寻，可以通過 /proc 文件系統(tǒng)在用戶空間中查看這個列表睦柴。proc虛擬文件系統(tǒng)還顯示當(dāng)前與所支持文件系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。在Linux中添加新文件系統(tǒng)的方法是調(diào)用register_filesystem毡熏，函數(shù)的參數(shù)定義一個文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（file_system_type）的引用坦敌，文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義了文件系統(tǒng)的名稱、一組屬性和兩個超級塊函數(shù)。register_filesystem函數(shù)也可以注銷文件系統(tǒng)狱窘。

在注冊新的文件系統(tǒng)時杜顺，會把要注冊的新文件系統(tǒng)及其相關(guān)信息添加到 file_systems鏈表中（linux/include/linux/fs.h）。file_systems列表定義可以支持的文件系統(tǒng)训柴。在命令行上輸入cat /proc/filesystems哑舒，就可以查看當(dāng)前l(fā)inux系統(tǒng)支持的文件系統(tǒng)類型。

VFS 中維護(hù)的另一個結(jié)構(gòu)是掛載的文件系統(tǒng)幻馁，提供當(dāng)前掛載的文件系統(tǒng)（見 linux/include/linux/mount.h）洗鸵，鏈接超級塊結(jié)構(gòu)。

三仗嗦、文件的結(jié)構(gòu)

VFS對Linux的每個文件系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行抽象膘滨，使得不同的文件系統(tǒng)在Linux核心以及系統(tǒng)中運行的其他進(jìn)程看來，都是相同的稀拐，這種抽象的結(jié)構(gòu)就是通用文件模型火邓，由超級塊（superblock）、inode德撬、dentry 和文件組成铲咨。超級塊在每個文件系統(tǒng)的根上，用于描述和維護(hù)文件系統(tǒng)的狀態(tài)蜓洪。文件系統(tǒng)中管理的每個文件（文件纤勒、目錄、設(shè)備隆檀，linux中一切皆是文件）在 Linux 中表示為一個 inode摇天。inode 包含管理文件系統(tǒng)中的文件所需的所有元數(shù)據(jù)（包括可以在文件上執(zhí)行的操作）。dentry用來實現(xiàn)文件名稱和inode之間的映射恐仑，有一個目錄緩存用來保存最近使用的dentry泉坐。dentry還維護(hù)目錄和文件之間的關(guān)系，從而支持文件在文件系統(tǒng)中移動裳仆。VFS文件表示一個打開的文件（保存打開的文件的狀態(tài)腕让，比如寫偏移量等等）。

1歧斟、超級塊

超級塊結(jié)構(gòu)表示一個文件系統(tǒng)记某，包含管理文件系統(tǒng)所需的信息，包括文件系統(tǒng)名稱（比如 ext2）构捡、文件系統(tǒng)的大小和狀態(tài)液南、塊設(shè)備的引用和元數(shù)據(jù)信息（比如空閑列表等等）。超級塊通常存儲在存儲媒體上勾徽，但是如果超級塊不存在滑凉，也可以實時創(chuàng)建它。可以在 ./linux/include/linux/fs.h 中找到超級塊結(jié)構(gòu)畅姊。

1.? 超級塊中的一個重要元素是超級塊操作的定義super_operations咒钟，super_operations結(jié)構(gòu)定義一組用來管理文件系統(tǒng)中的 inode 的函數(shù)。例如若未，可以用alloc_inode分配 inode朱嘴，用destroy_inode刪除inode〈趾希可以用read_inode和 write_inode讀寫inode萍嬉，用sync_fs執(zhí)行文件系統(tǒng)同步∠毒危可以在 /linux/include/linux/fs.h 中找到 super_operations 結(jié)構(gòu)壤追。每個文件系統(tǒng)提供自己的inode方法，這些方法實現(xiàn)操作并向 VFS 層提供通用的抽象供屉。

2行冰、inode結(jié)構(gòu)

inode 表示文件系統(tǒng)中的一個對象，具有惟一標(biāo)識符伶丐。各個文件系統(tǒng)提供將文件名映射為惟一inode標(biāo)識符和inode引用的方法悼做。inode結(jié)構(gòu)中的inode_operations 和 file_operations是重要的操作方法成員。inode_operations 定義直接在inode上執(zhí)行的操作哗魂，而file_operations定義與文件和目錄相關(guān)的方法（標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用）肛走。

3、目錄項dentry

? ? 目錄項是描述文件的邏輯屬性啡彬，只存在于內(nèi)存中，并沒有實際對應(yīng)的磁盤上的描述故硅，更確切的說是存在于內(nèi)存的目錄項緩存庶灿，為了提高查找性能而設(shè)計。所有的文件吃衅，都是屬于目錄項往踢，所有的目錄項在一起構(gòu)成一顆龐大的目錄樹。

1.? ? ? ? inode 和目錄緩存分別保存最近使用的 inode 和 dentry徘层。注意峻呕，對于 inode 緩存中的每個 inode，在目錄緩存中都有一個對應(yīng)的 dentry趣效。

4瘦癌、file文件對象

文件對象是已打開的文件在內(nèi)存中的表示，主要用于建立進(jìn)程和磁盤上的文件的對應(yīng)關(guān)系跷敬，由sys_open() 現(xiàn)場創(chuàng)建讯私，由sys_close()銷毀。文件對象和物理文件的關(guān)系有點像進(jìn)程和程序的關(guān)系一樣。

四斤寇、緩沖區(qū)緩存

各個文件系統(tǒng)的實現(xiàn)在linux/fs中桶癣，文件系統(tǒng)層的底部是緩沖區(qū)緩存。緩沖區(qū)緩存跟蹤來自文件系統(tǒng)實現(xiàn)和物理設(shè)備（通過設(shè)備驅(qū)動程序）的讀寫請求娘锁。為了提高效率牙寞，Linux 對請求進(jìn)行緩存，避免將所有請求發(fā)送到物理設(shè)備莫秆。緩存中緩存最近使用的緩沖區(qū)（頁面）间雀，可以快速提供給各個文件系統(tǒng)使用。