文件系统VFS理解
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• VFS负责将标准文件操作映射到实际文件系统的操作。 • 正是这种抽像和映射，保证了Linux系统可以支持多种
介质的不同文件系统，使所有文件系统都具有基本相 同的外部表现
virtual filesystem (VFS)
• VFS通过一组统一的数据结构和操作函数接口实现抽 象
• 操作函数
• 操作函数由实际的文件系统实现
• superblock结构用来存储文件系统的相关信息
• 设备标识符、文件系统标志、数据块大小、文件系统的特殊 信息、文件系统的使用信息、超级块操作集指针
• VFS的superblock和文件系统一一对应,代表一个实 际的文件系统
• superblock在文件系统挂载时建立，在文件系统卸 载后撤销
• 存在同步更新的问题，所以，VFS也会周期性地将 所有发生改变的Superblock写回磁盘
符
点位图 点表
FAT：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
file、dentry、inode三者关系
用户可见
举例
#include <stdio.h> #include "stdlib.h" #define N 8 void main() { int i;
char ch; FILE *fp; if((fp=fopen("file2.txt","w"))==N ULL) {printf("不能tf("从键盘输入%d个字符：",N); for(i=0;i<N;i++) { ch=getchar(); fputc(ch,fp); } fclose(fp);
printf("文件的内容如下：\n"); if((fp=fopen("file2.txt","r"))==NULL) { printf("不能打开文件!\n");
符
点位图 点表
内存：
• superblock • inode • dentry • file
虚拟文件系统的引入
虚拟文件 系统
文件系统1 文件系统2
……..
I/O系统
磁盘
head
驱动
第4层抽象
第3层抽象
第2层抽象
虚拟文件系统是在内存的
第1层抽象
cyl sec
Linux支持的文件系统
由于Linux自由软件的特点，很多人为Linux 添加文件系统，所以。。。。。。。
exit(0); } while(!feof(fp)) { ch=fgetc(fp);
putchar(ch); } fclose(fp); }
file
• 从用户(进程)角度看
• 进程直接处理文件，关心文件的访问模式、以及读、 写等操作，而不是superblock、inode、dentry
• file结构体描述进程打开的文件
DPB链（驱动器参
数块链）
SFT(系统文件表)
CDS(当前目录结
构)
DBF(磁盘缓冲区)
文件子系统的安装程序 文件子系统的建立程序 文件子系统拆除程序 打开、读写、关闭文件程序
………..
ext2的外、内存数据结构
外存： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
• inode信息的获取
• 从磁盘读入文件的FCB
• inode信息同步
• 与超级块相同，inode也存在同步更新的问题，所以，VFS也会周 期性地将所有发生改变的inode写回磁盘
inode与介质文件系统
ext2： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
文件系统分类
• 支持的文件系统可分为三类
• 基于磁盘的文件系统
• e.g ext2、ext3、VFAT、NTFS、ISO9660 CDROM…
• 网络文件系统
• e.g NFS、Coda…
• 特殊文件系统
• 不占磁盘空间,e.g /proc
Linux支持的部分文件系统
虚拟文件系统（vfs）
第 四 层 抽 象
第4节 虚拟文件系统 virtual filesystem (VFS)
通常一个操作系统会支持使用几个文件子系统
不同的文件系统的磁盘数据在内存怎么放？ Linux支持的文件系统 Linux的VFS 进程与文件
FAT外、内存数据结构
外存：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
内存：
Open()返回这 个表的行号
Superblock与介质文件系统
ext2： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
符
点位图 点表
FAT：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
inode
• inode结构体代表文件系统中的一个文件
• 仅当文件被打开时，其对应的VFS inode结构体才在内存中创建
virtual filesystem (VFS)
• VFS不直接操作文件，所有对文件的实际操作都要通 过实际作用于某个介质的文件系统来完成
• 引入VFS的目的是为了屏蔽各种文件系统的差异
• VFS对实际文件系统进行抽像，采用统一的数据结构在 内存中描述所有实际的文件系统，向用户提供一组标 准的文件操作函数。
• 当进程open()一个文件，VFS将为它建立一个file结构
• file结构
• 文件打开模式(f_mode) • 读/写位置指针(f_pos) • 文件访问计数(f_count) • 文件的目录项指针(f_dentry) • 文件操作集指针(f_op)
• file_operations文件操作集结构体
• VFS依据这些对象提供的信息和操作函数来完成将用 户的文件请求映射到实际文件系统的操作
数据结构的建立
• 结构体的数据由实际文件系统的相应的数据来填充 • 各个数据结构的对象存在于内存
• superblock
• inode
• dentry • file
只内存有
Superblock
• 每个文件系统都有自己的superblock结构（卷总结构）
• 它由一组对文件内容进行操作的函数指针组成，如read()、 wirte()、lseek()等。
• file结构体因open()系统调而创建，因close()而销毁
dentry
• dentry 结构体用来记录目录项(directory entry)
• 路径名中的每一个目录项都对应一个dentry • e.g., /home/lkp/Chapter06.txt
介质的不同文件系统，使所有文件系统都具有基本相 同的外部表现
virtual filesystem (VFS)
• VFS通过一组统一的数据结构和操作函数接口实现抽 象
• 操作函数
• 操作函数由实际的文件系统实现
• superblock结构用来存储文件系统的相关信息
• 设备标识符、文件系统标志、数据块大小、文件系统的特殊 信息、文件系统的使用信息、超级块操作集指针
• VFS的superblock和文件系统一一对应,代表一个实 际的文件系统
• superblock在文件系统挂载时建立，在文件系统卸 载后撤销
• 存在同步更新的问题，所以，VFS也会周期性地将 所有发生改变的Superblock写回磁盘
符
点位图 点表
FAT：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
file、dentry、inode三者关系
用户可见
举例
#include <stdio.h> #include "stdlib.h" #define N 8 void main() { int i;
char ch; FILE *fp; if((fp=fopen("file2.txt","w"))==N ULL) {printf("不能tf("从键盘输入%d个字符：",N); for(i=0;i<N;i++) { ch=getchar(); fputc(ch,fp); } fclose(fp);
printf("文件的内容如下：\n"); if((fp=fopen("file2.txt","r"))==NULL) { printf("不能打开文件!\n");
符
点位图 点表
内存：
• superblock • inode • dentry • file
虚拟文件系统的引入
虚拟文件 系统
文件系统1 文件系统2
……..
I/O系统
磁盘
head
驱动
第4层抽象
第3层抽象
第2层抽象
虚拟文件系统是在内存的
第1层抽象
cyl sec
Linux支持的文件系统
由于Linux自由软件的特点，很多人为Linux 添加文件系统，所以。。。。。。。
exit(0); } while(!feof(fp)) { ch=fgetc(fp);
putchar(ch); } fclose(fp); }
file
• 从用户(进程)角度看
• 进程直接处理文件，关心文件的访问模式、以及读、 写等操作，而不是superblock、inode、dentry
• file结构体描述进程打开的文件
DPB链（驱动器参
数块链）
SFT(系统文件表)
CDS(当前目录结
构)
DBF(磁盘缓冲区)
文件子系统的安装程序 文件子系统的建立程序 文件子系统拆除程序 打开、读写、关闭文件程序
………..
ext2的外、内存数据结构
外存： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
• inode信息的获取
• 从磁盘读入文件的FCB
• inode信息同步
• 与超级块相同，inode也存在同步更新的问题，所以，VFS也会周 期性地将所有发生改变的inode写回磁盘
inode与介质文件系统
ext2： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
文件系统分类
• 支持的文件系统可分为三类
• 基于磁盘的文件系统
• e.g ext2、ext3、VFAT、NTFS、ISO9660 CDROM…
• 网络文件系统
• e.g NFS、Coda…
• 特殊文件系统
• 不占磁盘空间,e.g /proc
Linux支持的部分文件系统
虚拟文件系统（vfs）
第 四 层 抽 象
第4节 虚拟文件系统 virtual filesystem (VFS)
通常一个操作系统会支持使用几个文件子系统
不同的文件系统的磁盘数据在内存怎么放？ Linux支持的文件系统 Linux的VFS 进程与文件
FAT外、内存数据结构
外存：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
内存：
Open()返回这 个表的行号
Superblock与介质文件系统
ext2： 引导块 块组0 块组1 块组2 块组3
超级块 组描述 块位图 索引节 索引节 数据块
符
点位图 点表
FAT：
盘卷总 FAT1 FAT2 目录区 信息
数据块
inode
• inode结构体代表文件系统中的一个文件
• 仅当文件被打开时，其对应的VFS inode结构体才在内存中创建
virtual filesystem (VFS)
• VFS不直接操作文件，所有对文件的实际操作都要通 过实际作用于某个介质的文件系统来完成
• 引入VFS的目的是为了屏蔽各种文件系统的差异
• VFS对实际文件系统进行抽像，采用统一的数据结构在 内存中描述所有实际的文件系统，向用户提供一组标 准的文件操作函数。
• 当进程open()一个文件，VFS将为它建立一个file结构
• file结构
• 文件打开模式(f_mode) • 读/写位置指针(f_pos) • 文件访问计数(f_count) • 文件的目录项指针(f_dentry) • 文件操作集指针(f_op)
• file_operations文件操作集结构体
• VFS依据这些对象提供的信息和操作函数来完成将用 户的文件请求映射到实际文件系统的操作
数据结构的建立
• 结构体的数据由实际文件系统的相应的数据来填充 • 各个数据结构的对象存在于内存
• superblock
• inode
• dentry • file
只内存有
Superblock
• 每个文件系统都有自己的superblock结构（卷总结构）
• 它由一组对文件内容进行操作的函数指针组成，如read()、 wirte()、lseek()等。
• file结构体因open()系统调而创建，因close()而销毁
dentry
• dentry 结构体用来记录目录项(directory entry)
• 路径名中的每一个目录项都对应一个dentry • e.g., /home/lkp/Chapter06.txt