linux内核的VFS文件系统的理解

进入linux驱动开发这行已经一年多了，大多时候在调试各种不同的字符驱动，文件系统虽然一直在用，也一直都知道最经典的那句“linux中一切皆文件”，但是至今却始终雾里看花…。这里对自己的一些浅显理解做个总结。

1、什么是VFS

VFS (Virtual File System)，是linux内核文件系统中一个极其重要的基础，VFS为所有的文件系统提供了统一的接口，对每一个具体文件系统的访问要通过VFS定义的接口来实现。其设计目的是对用户层（系统调用）屏蔽底层（各特定文件系统）实现的复杂性，对底层提供统一的接口与数据结构，使得能衔接各个特定文件系统（如ext2、ext3、fat32等）的对接，是用户层与文件系统层之间的抽象层。

VFS定义了几个重要的数据结构：超级块对象super_block、索引节点对象inode、目录项dentry、文件对象file、文件系统类型file_system_type、挂载的文件系统vfsmount等。

简单介绍一下三种文件系统操作的原理。

1.1、格式化磁盘

mkfs.ext3 /dev/sdb

功能：格式化磁盘分区，将文件系统信息写入到磁盘超级快，为以特定的文件系统格式读写做铺垫
底层流程：格式化时的读写磁盘不需要通过文件系统层，即跨过文件系统，直接写入磁盘（通过块设备驱动写入，与dd指令类似）
原理：使用strace跟踪dd命令过程大致流程
fd =open(/dev/sdb1);
write(fd,buf);
格式化磁盘就是不经过文件系统，直接写入磁盘

1.2、加载文件系统

insmod ext3.ko

功能：内核装载ext3驱动模块，向内核注册ext3文件系统。
底层流程：内核加载该文件系统的驱动，并将该文件系统注册进file_system_type全局链表中
原理：提供ext3文件系统各种函数，如填充操作块，索引节点操作函数，如分配ext4_alloc_inode、读写索引节点

1.3、挂载文件系统

mount -t ext3  /dev/sdb1  /mnt

功能：建立在内核已经注册ext3文件系统的基础之上，挂载sdb1分区
底层流程：建立vfs_mount对象，该对象代表挂载的文件系统（挂载点）
原理：file_system_type中的方法get_sb调用alloc_super函数填充内存超级块对象（vfs_mount中相关的超级块对象）

2、文件系统挂载的流程

用户层执行mount
mount -t ext3  /dev/sdb1  /mnt
|   陷入系统调用，进入内核层
|--->_asm_( "int $0x80" .........);
    |--->system_call:
        |--->sys_call_table[sys_mount]
             |--->SYSCALL_DEFINE5
                  |--->do_mount   //曾经挂载过
                      |--->do_new_mount //未挂载过时     
                            |--->vfs_kernel_mount
                                |--->type->mount   //调用 file_system_type 中的成员mount函数，这个函数由不同文件系统去实现
                                    |--->fill_superblock //创建和填充超级快

static struct file_system_type ext3_fs_type = {
    .owner         = THIS_MODULE,
    .name          = "ext3",
    .get_sb        = ext3_get_sb,
    .kill_sb       = kill_block_super,
    .fs_flags      = FS_REQUIRES_DEV,
};
register_filesystem(&ext3_fs_type );//向内核注册该文件系统

vfs_kern_mount()函数创建的数据结构实例组织关系如下图所示：
在这里插入图片描述
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