Linux VFS(虚拟文件系统)

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通用文件模型对象-超级块对象

超级块对象(superblock object):
存放已安装文件系统的有关信息. 通常对应于放在磁盘上的文件系统控制块 (filesystem control block),每挂载一个文件系统 对应一个超级块对象 struct super_block { … unsigned long s_blocksize;//块设备的最写读取单位,如512 字节 const struct super_operations *s_op; struct dentry *s_root; struct list_head s_inodes; /* all inodes */ struct list_head s_dirty; /* dirty inodes */ struct block_device *s_bdev; void *s_fs_info; /* Filesystem private info */ }; struct super_operations { struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);//分配inode 索引节点 void (*dirty_inode) (struct inode *);//标志索引节点为脏 int (*write_inode) (struct inode *, int);//写索引节点,对于fat 文件系统是写 目录 项 void (*write_super) (struct super_block *);//写超级块, 对于fat 文件系统是fat的 簇表信息 }
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4)具体文件系统的搜索目录 static struct dentry *ext2_lookup(struct inode * dir, struct dentry *dentry, struct nameidata *nd) 搜索具体的文件系统,当搜索到具体的文件或者目录(需要通过超级块 对象找到目录等在磁盘的具体位置)时候, 分配新的索引节点结构体 (inode) inode = new_inode(sb); 填充inode结构体操作 if (S_ISREG(inode->i_mode)) {//是文件 inode->i_op = &ext2_file_inode_operations; const struct address_space_operations ext2_aops 大部分文件系统的具体读写操作 都在这里面, 它负责 激活 从物理磁盘到页高速缓存的 I/O 数据传输 inode->i_mapping->a_ops = &ext2_aops; inode->i_fop = &ext2_file_operations; }

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索引节点对象(inode)
如对于fat 格式, inode节点 会有目录或者文件的首簇号 位置. struct inode_operations { int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);//创建文件 int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);//创建目录 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);//删除目录 int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);//创建节点文件 int (*rename) (struct inode *, struct dentry *, //重命名文件 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);//查找目录 } //高速缓存的核心数据结构体,对块设备的读写操作都放在该结构体里面 struct address_space { const struct address_space_operations *a_ops; /* methods */ } //高速缓存的核心操作方法放在索引节点里面 struct address_space_operations { int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc); int (*readpage)(struct file *, struct page *); ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov, loff_t offset, unsigned long nr_segs); }
Linux VFS
柯锦玲
2009-11-19 Actions Microelectronics Co., Ltd.
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通用文件模型对象组成 VFS open文件的步骤 Open一个设备节点文件 Linux读写文件的5种模式 一些关于vfs的问题
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调用 具体 文件 系统
VFS Open文件的步骤
1)fd = open(“/home/fatfile.txt”,O_RDWR|O_CREAT,0660); c库函数open会执行系统调用
2)进入内核空间sys_open 得到空的 fd 号(sys_open会返回fd号,当返回值小 于0时候出错, 等于0 是一个合法的fd号. ) 得到一个空的struct file结构体 struct file *filp = get_empty_filp(); 通过当前任务的task_struct(current)获取根目录(„/‟ 的struct dentry结构体 通过dentry 获取 索引节点d_inode, d_inode ->i_op->lookup操作
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通用文件模型对象-文件对象(file object)
文件对象(file object)
存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息.这类信息仅当进程访问 文件期间存在于内核内存中. 如文件的读取或者写位置,以及读写同步等操作. struct file { const struct file_operations *f_op; mode_t f_mode;//打开文件的模式 loff_t f_pos; //文件的读写位置 struct address_space *f_mapping;//指向inode节点的页高速缓存 操作} struct file_operations { loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); //readdir 扫描目录中的文件或者子 目录 };
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通用文件模型对象-目录项对象(dentry)

目录项对象(dentry object) 存放目录项(也就是文件的名称)与对应文件进 行链接的有关信息.每个磁盘文件系统都以自己特有 的方式将该类信息存在磁盘上. struct dentry { struct inode *d_inode; struct qstr d_name; //文件名比较长时候, 需要动态分配空间,放在这里 unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN];//文件名长 度小于36 放在这里 };
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3)查找dentry object 首先使用 hash查找方法搜索要查找的目录项对象 是否在内存中 __d_lookup(nd->path.dentry, name); 若存在则返回.不用查找调用具体的文件系统(读取 磁盘扇区)去查找 若不存在 分配新的目录项对象(dentry object) 将文件名保存在目录项对象(dentry object) d_iname 成员中(如保存目录名home) 调用d_inode ->i_op->lookup 进行具体文件系统 的操作
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VFS 框图
dentry caches
Inode caches
Super block
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VFS
类Unix操作系统总共有5种标准文件类型: 1).普通文件 2).目录文件 3).符合链接文件 4).设备文件 5).管道文件 VFS的其中一个重要作用是将对设备驱动 的访问,转换为对文件的访问(设备节点文件)
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通用文件模型对象-索引节点对象(inode)


索引节点对象(inode object):
存放关于具体文件的一般信息. 通常对应于存放在磁盘上的文件控制块(file control block). 每个索引节点对象都有一个索引节点号,这个节点号唯一地标识文件系统中的文件 索引节点对文件(或者目录)是唯一的,并且随文件的存在而存在. struct inode { dev_t i_rdev;//若为设备文件的索引节点,记录主次设备 号 loff_t i_size;//文件大小 struct timespec i_atime;// 文件访问时间 struct timespec i_mtime; struct timespec i_ctime; unsigned int i_blkbits; blkcnt_t i_blocks; umode_t i_mode;//访问模式,如读,写 const struct inode_operations *i_op;//索引节点文件操作 const struct file_operations *i_fop; //文件对象(file object)操作 struct address_space *i_mapping;//高速缓存的核心数据结构体,对块设 备的读写操作都放在该结构体里面 }