Linux IO 之文件系统的架构(转)

VFS和文件系统总结

一切都是文件： VFS

文件系统的设计，类似抽象基类，面向对象的思想。

虚函数都必须由底层派生出的实例实现，使用成员函数 file_operations。在linux里面的文件操作，底层都要实现file_operations，抽象出owner，write，open，release。所以，无论是字符块，还是文件系统的文件，最终操作就必须是file_operations。

例如，实现一个字符设备驱动，就是去实现file_operations。VFS_read时就会调用字符设备的file_operations。

块设备的两种访问方法:

一是访问裸分区，

二是访问文件系统。

当直接访问裸分区，是通过fs/block_dev.c 中的 file_operations def_blk_fops，也有read,write,open，一切继承到file_operations。如果是访问文件系统，就会通过实现 {ext4}_file_operations 来对接VFS对文件的操作。

块设备驱动就不需要知道file_operations，无论是裸设备，还是文件系统的file。他们实现的file_operations是把linux中的各种设备，hook进 VFS的方法。

文件最终如何转化成对磁盘的访问？

file_operation 跟pagecache 以及硬盘的关系？

整个文件系统里，除了放文件本身的数据，还包括文件的管理数据，包括

super block，保存在全局的 superblock结构中。
inode，是文件的唯一特定标识，文件系统使用bitmap来标识，inode是否使用。
block bitmap，来表示这些block是否占用，它在改变文件大小，创建删除等操作时，都会改变。
inode table/diagram ： bitmap 只是表示inode和block是否被占用。

超级块、目录、inode

file_system_type：文件系统的类型，mount/umount 的时候会用。
superblock：包含super_operations，其中包含如何分配/销毁一个inode。

inode：包含 inode_operations 和 file_operations。

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  file_operations里面记录这种类型的文件包含哪些操作。

  inode_operations里面包含如何生成新的inode，根据文件名字找到inode，如何mkdir,unlink.

dentry: 对应路径，目录在文件系统里面是一个特殊的文件，文件的内容是一个inode和文件的表格。
file:

inode表：包含文件的一些基本信息，大小，创建日期，属性。还有一些成员指向硬盘所在的位置。申请slab区域，比如 ext4_inode_cache , ext3_inode_cache. 这些cache会创建单独的slab，这些slab和内存里的page一一对应。

ext2/ext4文件系统中存在间接映射表。

硬盘里的inode diagram里的数据结构，在内存中会通过slab分配器，组织成 xxx_inode_cache，出现在meminfo的可回收的内存。 inode表也会记录每一个inode 在硬盘中摆放的位置。

目录的组织

目录(dentry)在硬盘里是一个特殊的文件，和之前的file结构体不同。目录在硬盘中对应一个inode，记录文件的名字和inode号。查找一个文件时，文件系统的根inode和目录，根据根目录和根inode，找到根目录所在硬盘的位置。再去做字符串匹配，能够找到 /A/B/ 。inode表也会记录每一个inode 在硬盘中摆放的位置。

如上图，当你在硬盘查找 /usr/bin/emacs文件时，从根的inode和dentry，根据/的inode表，找到/ 目录文件所在的硬盘中的位置，读硬盘/目录文件的内容，发现 usr 对应inode 2, bin 对应inode 3, share 对应inode4。再去查inode表，inode 2所在硬盘的位置，即/usr 目录文件所在硬盘的位置。读出内容包括 var 对应 inode 10, bin 对应inode 11, opt对应inode 12，。

这个过程会查找很多inode和 dentry，这些都会通过 icache 和dcache缓存。