文件系统 3 之 根文件系统与文件系统的区别

转载：http://blog.csdn.net/neiloid/article/details/6938781

1)根文件系统：英文应该为Root Filesytem，但是有时会被简单地称为文件系统。而实际上就是指的我们前一节所指的Linux系统运行所需的一些文件，命令组成的整个文件目录结构。

2) 文件系统：英文应该为File System或Filesytem，指的是用来方便管理文件存储和数据组织的一种方法。例如Windows下的FAT、FAT32、NTFS，Linux下的Ext2，Ext3，NFS等，这些应该都属于这个概念。

所以根文件系统和文件系统是两个概念，请不要误解了，为了便于理解，读者可以将文件系统理解成根文件系统存放在磁盘的格式。

ＲＦＳ与ＦＳ

“文件系统”与“根文件系统”。
要不我们就统一简称为FS和RFS：
文件系统：File System => FS；
根文件系统：Root File System => RFS。

首先你考虑一点描述语句：根文件系统也是一种“文件系统”，可以认为是一种“特殊的”“文件系统”，为什么是叫“特殊的”呢？是因为这种“根”“文件系统”承载着某些“特殊的功能”(其实“文件系统”相同的话，所具备的功能都是一样的)，那就是“操作系统”可能需要通过某种“布局”来管理相关设备的，诸如软盘设备、硬盘设备、虚拟磁盘设备等等，这里可能就是用了一种已被定义好了“数据结构”的“布局”，即“文件系统”，而出现的“根文件系统”呢可能是用来担当主要或重要角色。


(形象点来说，Windows下的C盘分区是有一定文件系统的，如FAT32、NTFS，这当然也都是文件系统呀。在安装Windows操作系统时，会要求你先“格式化”C盘[当然我们目前考虑操作系统是被安装在C盘中]，采用一种“文件系统”比如NTFS、FAT32等，这一步呀，就类似于安装“根文件系统”，也就是说在C盘中的NTFS文件系统会被称作是“根文件系统”，而在D盘等中的NTFS文件系统会被称作是“文件系统”或你想加上前缀名称也不是不可以，比如“普通文件系统”，而我们从名称上来说的话，因为这里出现了一个字眼“根”，所以我们就有两种名称的叫法了，自然就是FS与RFS，所以这种名称叫法就会让人感觉很是“云里雾里”，而后“不知所云”的]，这个“格式化”过程就是将C盘上的存储空间呀按预先定义好的一种FS的“数据结构”去“初始化”这些磁盘，[这里假设MINIX FS也可被Windows用来“格式化”C盘呀]比如建立引导块、建立超级块、建立两类位图块、建立i节点位图块、建立好数据区块等)也就是说，这个磁盘分区必须已经按一定数据结构的方式把磁盘空间“组织”好，以便“某种系统”(OS或FS，好象是FS更准确吧)能“访问”该分区，所以在 0.11内核中会有两种区分：mount_root() 和 sys_mount()，分别指“挂载根文件系统”、“挂载文件系统”[这里我觉得不应该用一个词：安装！我所理解的意思是，“安装”就是指把某种东西“放”到另一种东西上面去，比如你要安装某种软件到C盘，这种软件的安装程序可能在D盘，这时你会启动D盘上该软件的安装程序，然后安装程序就会把软件默认安装到C盘上，所以这个过程会叫做“安装”，安装前C盘上没有该软件的任何信息，安装后C盘上就会有该软件的信息啦]，所以呢，要使用sys_mount()功能，某种设备(具体来说就是某一分区)必须已经被某种FS的格式“安装”好，然后该设备才会被“挂载”(mount)到“一个地方”去。

那我们就以MINIX FS和FAT FS来分析吧。

在0.11内核代码中，从mount_root(void)中的注释可知，该函数会被“系统调用函数”sys_setup()调用，而在系统开机初始化设置时函数sys_setup()会被调用。为什么不会调用sys_mount()呢？那我们又何时使用sys_mount()函数呢？其实sys_mount()函数也是“系统调用函数”。我们在linux系统中，当你在某个shell的命令行中输入mount后回车，你会看到以下提示信息：
mount: usage: mount dev dir
你大概应该清楚了，而这是“正确的提示信息”，因为我们用错mount用法了(另外，在/bin目录下，可以看到有mount这样一个文件，mount应该就是一个单独的程序了吧:-)，好多地方都说mount是shell内部命令，而我更可能会认为cd才是shell的内部命令之一)。
那我们从sys_mount()函数的注释中可以知道，该函数是“安装文件系统调用函数”(我个人觉得这句话不太好理解)，而我知道函数的功能，所以我会这么理解：这个函数是一“系统调用函数”，其功能是“将一个‘文件系统’即FS‘挂载’到(现有‘根文件系统’即RFS的)一个“目录”上，即目录文件的i节点。所以呢，这个就与“mount dev dir”这样的提示信息对应起来了；另外，我们需要知道，dev表示的是某个设备上的一个分区，而dir表示的是某一个“现有的”文件系统中的“目录文件”，注意一定是“现有的”，在这里就是我们说的“根文件系统”，所以，你要使用mount功能，就得有以下条件：
1、在一个现有“文件系统”(根文件系统RFS)下面
2、该RFS中已经有了一些设备文件的存在，比如 /dev 下面的 hd0,hd1,等等
3、2中的/dev其实就是由RFS来管理的
4、还需要有一个目录存在，而该目录也是在该RFS中的即由RFS来管理的
5、当然你要有实际的磁盘设备存在(/dev/hd0只是表示一个“虚”的设备文件名而已)且该设备已被“FS”格式化好了
6、最后你就会用mount dev dir这样的方式，将实际的磁盘分区“挂载”到dir中

假如，你有一个硬盘(假设大小是512MB)，就只是一个分区，该分区中的FS是 FAT FS(假设unix可以直接访问，大不了看成是与minix fs是一样的，只是名称不同而已，以下就是把它看成就是一个minix fs来分析的)。

所以当你启动了“0.11系统”(这个说法比较简化，意思就是你进入了sh命令行)后，其实ＲＦＳ就已经被“自动”“挂载”好了(就是mount_root())，这时，你需要在该“0.11系统”中访问那个硬盘，假设硬件上你已经安装好了硬盘了，然后你会在sh命令行中进行“安装”过程了，假如是：
mount /dev/hd0 /mnt/fatc
即将第一个硬盘的第一个分区(目前只有一个分区)“挂载”到“ＲＦＳ”中的根目录下的mnt目录中的fatc目录上。所以，你可以直接“进入”到 fatc　目录中去访问该硬盘里的文件了。
成功了！挂载成功，大功告成！

因为你了解内核代码，所以你应该知道mount一系列过程的，你要知道以下几点：
１、/dev/hd0, /mnt/fatc都是ＲＦＳ中的“文件”(统称)，前者是设备文件，后者是目录文件。　
[体现在i节点结构中，就是各自的inode->i_mode中会区分是“设备类型文件”还是“目录类型文件”，且前者的inode->zone[0]存有该设备的设备号(还有inode->i_dev也是设备号，但实际含义不一样)，后者的inode->i_mount就被置位啦，注意因为这个i节点就是一个“被‘安装’／‘挂载’好了ＦＳ的i节点]

2、/　这是目录，但这个是ＲＦＳ的目录，且是根目录。

3、/mnt/fatc “相当于”就是那个硬盘分区中ＦＳ的根目录。但其实该硬盘中的根目录也是/。
　[假设当你去访问那个分区“根”目录(其实也是/，但你能直接进去吗？)中的某个文件hello.c，时，你会在现有sh命令行中，cd /mnt/fatc回车后 ls hello* -l，然后你会发现有hello.c这个文件，其实你就应该需要知道ＲＦＳ是怎么“定位”寻找到该hello.c文件的，当中有一个重要的过程就是需要取每一个文件的inode信息即iget()函数，该函数中发现某文件的inode->i_mount被置位时，就“特别小心”了，为什么？因为该inode表示被“挂载”了一个文件系统，所以RFS会“切换”到那个ＦＳ的根目录中去(使用了ROOT_INO,super_block[i].s_dev这样的参数)，然后再在该ＦＳ中按正常的过程继续寻找所需要的文件，所以你能找到]

“正常的过程”就是指：要么从一个ＦＳ的根目录中开始查找文件，要不从一个文件系统当前用户进程的当前工作目录中开始查找文件。

　所以就有一个重要的说法(我是这么理解的)：跨文件系统访问文件。这一过程涉及面较广，主要数据结构有：i节点、超级块。

4、最后，当你不需要使用该分区或是你想把硬盘拿走，则你会使用 umount 功能啦，这就对应 sys_umount()这一“系统调用函数”，那你就要知道该函数做了些什么事了。

最后，总的来说：
mount_root()挂载了一个ＭＩＮＩＸ　ＦＳ又被称为是ＲＦＳ。
然后你可以在该ＲＦＳ中再挂载别的ＦＳ。ＲＦＳ与系统“共存亡”，自动被“挂载”，自动被“卸载”。
所以，FAT等也可以是根文件系统，当然也是文件系统。

所以，当你在你电脑上安装了多操作系统时，假设在C盘(FAT32 FS)被装了 win98，在D盘(NTFS FS)被安装了winxp，那么，当你进入了win98时，你FAT32好象就是ＲＦＳ,那么NTFS就是ＦＳ了；当你进入了winxp时，ＮＴＦＳ好象就是ＲＦＳ，那么FAT32就是ＦＳ了。
(为什么C盘是要FAT32呢，因为win98不支持ntfs fs，而你又是装的win98)