[原创] Linux体系结构(五)： 文件系统

上一节主要对Linux系统中的内核空间与用户空间做了简单的分析，在这一节里，将从内核空间和用户空间对Linux文件系统进行一定的剖析。

谈及文件系统，很多Linux用户都会有一个比较模糊和神秘的概念，如果对文件系统的来龙去脉有一定的了解，相信大家就能走出迷雾，Linux文件系统的整体结构模型大概可以划分为以下层次：
Hard Disk => Disk Driver => Filesystem(ext3,ext4,btrfs ...) => User Operation

上面结构模型很简单，有一块物理硬盘，首先这块硬盘需要有硬盘驱动的支持，然后才能在这块硬盘上创建不同的文件系统，然后用户才能使用这块硬盘。但有下面两个问题需要思考：

(1). 不同的物理硬盘，需要不同的驱动支持，而不同的驱动，所提供的IO操作接口是不一样的，那么，有没有一个统一的IO操作接口呢？

(2). 不同的文件系统，如ext3, ext4, btrfs等所提供的API也是不一样的，那么，有没有一个统一的东西来对这些不同的文件系统进行一个抽象，以提供一个统一的API接口呢？

于是，上面的结构层次还可以细分为：

上面的结构中，从硬盘驱动，文件系统，虚拟文件系统，以及系统调用，都属于内核空间，换言之，这些不同层次的实现，都是由内核来做的；而所谓用户空间的操作，也就是一些对磁盘的读写访问操作。

1. 硬盘驱动
常见的硬盘类型有PATA, SATA和AHCI等，在Linux系统中，对不同硬盘所提供的驱动模块一般都存放在内核目录树drivers/ata中，而对于一般通用的硬盘驱动，也许会直接被编译到内核中，而不会以模块的方式出现，可以通过查看/boot/config-xxx.xxx文件来确认：

CONFIG_SATA_AHCI=y

2. General Block Device Layer
这一层的作用，正是解答了上面提出的第一个问题，不同的硬盘驱动，会提供不同的IO接口，内核认为这种杂乱的接口，不利于管理，需要把这些接口抽象一下，形成一个统一的对外接口，这样，不管你是什么硬盘，什么驱动，对外而言，它们所提供的IO接口没什么区别，都一视同仁的被看作块设备来处理。

所以，如果在一层做的任何修改，将会直接影响到所有文件系统，不管是ext3,ext4还是其它文件系统，只要在这一层次做了某种修改，对它们都会产生影响。

3. 文件系统
文件系统这一层相信大家都再熟悉不过了，目前大多Linux发行版本默认使用的文件系统一般是ext4，另外，新一代的btrfs也呼之欲出，不管什么样的文件系统，都是由一系列的mkfs.xxx命令来创建，如：

mkfs.ext4 /dev/sda

mkfs.btrfs /dev/sdb

内核所支持的文件系统类型，可以通过内核目录树 fs 目录中的内容来查看。

4. 虚拟文件系统(VFS)
Virtual File System这一层，正是用来解决上面提出的第二个问题，试想，当我们通过mkfs.xxx系列命令创建了很多不同的文件系统，但这些文件系统都有各自的API接口，而用户想要的是，不管你是什么API，他们只关心mount/umount，或open/close等操作。

所以，VFS就把这些不同的文件系统做一个抽象，提供统一的API访问接口，这样，用户空间就不用关心不同文件系统中不一样的API了。VFS所提供的这些统一的API，再经过System Call包装一下，用户空间就可以经过SCI的系统调用来操作不同的文件系统。

VFS所提供的常用API有：
mount(), umount() ...
open(),close() ...
mkdir() ...