内核随记(四)--文件系统(1)

内核随记(四)--文件系统(1)

任务管理、内存管理和文件系统是内核最为核心的部分。其中内存管理最为复杂，文件系统最为庞大。内核通过引入虚拟文件系统，从而支持数十种不同的文件系统，不得不让人感叹Linux以及它显示出的开源的力量的强大。

虚拟文件系统(Virtual Filesystem)，也可以称为虚拟文件系统转换(Virual Filesystem Switch ，简称VFS)，是Linux强大的集中体现。Linux通过VFS可以处理几十种特定的文件系统，它在内核中的位置如下：


5.1、数据结构
虚拟文件系统所隐含的主要思想在于引入了一个通用的文件模型，这个模型能够表示所有支持的文件系统。该模型严格遵守传统Unix文件系统提供的文件模型。通用文件模型由下列关键对象组成：
(1)    超级块（superblock）对象：
存放系统中已安装文件系统的有关信息。对于基于磁盘的文件系统，这类对象通常对应于存放在磁盘上的文件系统控制块,也就是说,每个文件系统都有一个超级块对象。
(2)    索引节点（inode）对象：
存放关于具体文件的一般信息。对于基于磁盘的文件系统，这类对象通常对应于存放在磁盘上的文件控制块(FCB),也就是说,每个文件都有一个索引节点对象。每个索引节点对象都有一个索引节点号,这个号唯一地标识某个文件系统中的指定文件。
(3)    目录项（dentry）对象：
存放目录项与对应文件进行链接的信息。VFS把每个目录看作一个由若干子目录和文件组成的常规文件。
(4)    文件(file)对象：
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存中。
进程与VFS之间的交互：

5.1.1、超级块对象

Code

超级块和文件系统类型的关系如下：

5.1.2、inode对象

Code

索引节点与超级块的关系：

5.1.3、目录项对象

Code

超级块、索引节点与目录项的关系:

5.1.4、文件对象

Code

超级块、索引节点、目录项和文件对象的关系：

5.2、与进程相关的数据结构

//include/linux/namespace.h
//命名空间
struct namespace {
    atomic_t        count; //引用计数(共享命名空间的进程数)
    struct vfsmount *    root; //命名空间的根目录的安装文件系统描述符
    struct list_head    list;  //所有安装文件系统描述符的链表头
    struct rw_semaphore    sem; //读写信号量
};
//include/linux/fs_struct.h
//进程的根目录和当前目录
struct fs_struct {
    atomic_t count; //引用计数(共享该结构的进程的个数)
    rwlock_t lock;
    int umask;
    struct dentry * root, * pwd, * altroot; //根目录对应的目录项,当前工作目录对应的目录项
    struct vfsmount * rootmnt, * pwdmnt, * altrootmnt; //根目录的安装点,当前工作目录的安装占
};

//include/linux/file.h
//进程打开的文件表
struct files_struct {
        atomic_t count;  //共享该表的进程个数
        spinlock_t file_lock;     
        int max_fds;             
        int max_fdset;          
        int next_fd;               
        struct file ** fd;      
        fd_set *close_on_exec; 
        fd_set *open_fds;       
        fd_set close_on_exec_init;  
        fd_set open_fds_init; 
        struct file * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; 
};

//include/linux/sched.h
struct task_struct {
//
    struct fs_struct *fs;  //文件系统信息

    struct files_struct *files;//打开的文件

    struct namespace *namespace;//文件系统命名空间
//
}