Linux虛擬檔案系統VFS

Linux在不同的檔案系統之上做了一個抽象層，使得檔案、目錄、讀寫存取等概念都成為抽象層概念，這個抽象層被稱為虛擬檔案系統(VFS)。

Linux核心的VFS子系統如下:

每個進程在PCB(Process Control Block)中都儲存著一份檔案描述符表，檔案描述符就是這個表的索引，每個表項都有一個指向已開啟檔案的指標，一開啟的檔案在核心中用file結構體表示，檔案描述符表中的指標指向file結構體。

在file結構體中維護File Status Flag（file結構體的成員f_flags）和當前讀寫位置(file結構體的成員f_pos)。在上圖中，進程1和進程2都開啟同一檔案，但是對應不同的file結構體，因此可以有不同的File Status Flag和讀寫位置。file結構體還有一個成員f_count,表示參照計數(Reference Count)，如果有兩個檔案描述符指向同一個file結構體，那它的參照計數就是2，當close()一個檔案描述符時並不會釋放file結構體而是將參照計數減到1，再close一個檔案描述符參照計數就會變成0同時再釋放file結構體。真正的關閉檔案。

每個file結構體都指向了一個file_operations結構體，這個結構體的成員都是函數指標，指向實現各種檔案操作的核心函數。例在使用者程式中read一個檔案描述符，read通過系統呼叫進入核心，然後找到這個檔案描述符指向的file結構體，找到file結構體所指向的file_operations結構體，呼叫它的read成員所指向的核心函數以完成使用者請求。對於同一檔案系統上開啟的常規檔案來說，read、weite等檔案操作的步驟和方法應該是一樣的，呼叫的函數應該是相同的，所以圖中三個開啟檔案的file結構體指向同一個file_operation結構體，如果開啟的是非常規檔案那就不一樣了。每個file結構體都有一個指向dentry結構體的指標，“dentry”是directory entry(目錄項)的縮寫。我們傳給open、stat等函數的引數是一個路徑，例如/home/orlion/a,需要根據路徑找到檔案的inode。為了減少讀盤次數，核心快取了目錄的樹狀結構，稱為dentry cache，其中每個節點是一個dentry結構體，只要沿著路徑各部分的dentry搜尋即可，從根目錄/找到home目錄，然後找到orlion目錄，然後找到檔案a。dentry cache只儲存最近存取過的目錄項，如果要找的目錄項在cache中沒有，就要從磁碟中讀到記憶體中。

每個dentry結構體都有一個指標指向inode結構體。inode結構體儲存著從磁碟inode讀上來的資訊。上圖中有兩個dentry，分別表示/home/akaedu/a和/home/akaedu/b，它們都指向同一個inode，說明這兩個檔案互為硬連結。inode結構體中儲存著從磁碟分割區的inode讀上來資訊，例如所有者、檔案大小、檔案型別和許可權位等。每個inode結構體都有一個指向inode_operations結構體的指標，後者也是一組函數指標指向一些完成檔案目錄操作的核心函數。和file_operations不同，inode_operations所指向的不是針對某一個檔案進行操作的函數，而是影響檔案和目錄布局的函數，例如新增刪除檔案和目錄、跟蹤符號連結等，屬於同一檔案系統的個inode結構體可以指向同一個inode_operation結構體。

inode結構體有一個指向super_block結構體的指標。super_block結構體儲存著從磁碟分割區的超級快上讀來的資訊，例如檔案系統型別，塊大小等。super_block結構體的s_root成員是一個指向dentry的指標，表示這個檔案系統的根目錄被mount到哪裡。

file、dentry、inode、super_block這幾個結構體組成了VFS的核心概念。

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