Linux虚拟文件系统对物理文件的管理.doc

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1、Linux虚拟文件系统对物理文件的管理引言   随着嵌入式技术的发展，越来越多的嵌入式设备采用Linux作为其操作系统。Linux支持各种物理文件系统，而不同物理文件系统具有不同的组织结构和不同的处理方式。为了兼容支持不同的文件系统，Linux设计了在系统启动时由系统在内存创建的文件系统，即虚拟文件系统（VirtualFileSystem，VFS）。该文件系统对不同的物理文件系统的所有特性进行抽象，屏蔽各种文件系统的差别，向Linux内核和进程提供了一个处理各种物理文件系统的公共接口，从而实现了对不同文件系统的支持。而且，Lin

2、ux系统把一切的设备也当作文件来处理。理解Linux虚拟文件系统机制对于学习Linux运行原理起着重要的作用。本文对Linux虚拟文件系统原理进行了较为详尽的分析。1 LinuxVFS基本原理   Linux以EXT2作为基本的文件系统，组成虚拟文件系统的超级块、索引节点、目录项等数据结构，兼容于各种文件系统的相应数据结构，从而实现了对多种文件系统的透明调用。1.1 Linux所支持的文件系统的一般结构   Linux继承了Uinx，把文件名和文件控制信息分开管理。一个Linux所支持的物理文件系统使用的块设备上的一个独立逻辑分

3、区可大致分为：引导块、超级块、inode块、data块4部分[1]。超级块是描述文件系统整体信息的数据结构，在系统运行期间被读入内存，在内存中建立一个超级块的映像。Linux所支持的文件系统的一般结构如图1所示。图1 Linux所支持的文件系统的一般结构1.2 VFS对物理文件系统的管理   LinuxVFS采用超级块（super_block）和索引节点(inode)来描述文件系统。这里的super_block和inode不同于物理文件系统中的super_block和inode数据结构，VFSsuper_block是VFS把不同

4、文件系统中的整体组织和结构信息进行抽象后形成的，兼顾不同文件系统的统一的超级块结构。在安装文件系统时，由系统在内存中建立，其内容主要由文件系统的超级块数据来填充。inode则是在系统打开文件时，由系统在内存动态建立，其内容主要由文件系统的inode节点的数据来填充。   LinuxVFS除了没有存储文件内容的data块外，文件系统的结构与物理文件系统基本相似，如图2所示。图2 LinuxVFS文件系统结构   Linux进程通过VFS中相应的超级块和索引节点中的信息，准确地访问操作目的磁盘文件系统中的相应文件。2 LinuxVF

5、S的实现   为了区分文件系统中的inode，这里把VFS中的inode称为vnode。   Linux系统支持文件系统目录树机制，根据路径名，如/home/xyz/work/test.c,就可以在磁盘上找到文件test.c的目录项和索引节点。在路径/home/xyz/work/test.c中，目录/、home、xyz、work以及普通文件test.c都对应一个目录项对象。目录项在磁盘文件系统中的数据结构是dir_entry,VFS在遍历路径名的过程中将其解析成内存目录项对象（dentry对象）和vnode对象。   vnode

6、与某个文件的对应关系是通过设备号i_dev与inode号i_ino建立的，它们唯一地指定了某个设备上的一个文件或目录。vnode是设备上的文件或目录的inode在内存中的统一对应结构，并且给出了不同文件系统特有的信息，即各种文件系统的inode在内存中的映像。   如前所述，Linux继承了Uinx，把文件名和文件控制信息分开管理，由目录项（dir_entry）管理文件名，索引节点（inode）管理文件控制信息，并且通过dir_entry结构中的d_inode域指向文件的inode节点，建立与文件索引节点的联系。文件的索引节点（

7、inode）结构体包含了关于文件的组织信息和管理信息，根据其中的i_info查找存储文件内容的数据块，根据i_op指向的inode_operations结构，通过其中的指针函数调用各自的inode操作函数。   系统进程使用文件由表示进程当前打开的所有文件的数据结构files_struct建立进程与文件系统的关系。指针fd和fd_array都指向代表打开文件对象数组。进程调用文件操作函数，依据文件路径打开文件，文件操作函数返回一整数，即文件描述符，例如intopen(constchar*pathname,intflages)[2

8、]。之后，进程便用文件描述符来表示一个打开的文件，该整数文件描述符就是files_struct中file数组fd的下标。   图3描述了进程使用文件时用到的VFS中主要数据结构的关系。图3 VFS中主要数据结构关系图   dentry结构描述的是逻辑意义上的文件