當(dāng)前，除了linux標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)Ext2/Ext3/Ext4外，還有很多種文件系統(tǒng)，比如reiserfs, xfs, Windows的vfat NTFS，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)nfs 以及flash 文件系統(tǒng)jffs2, yaffs/yaffs2 ubifs。linux通過叫做VFS的中間層對這些文件系統(tǒng)提供了完美的支持。

對于用戶來說，這些文件系統(tǒng)幾乎是透明的，在大部分情況下，用戶通過libc和kernel的VFS交互，不需要關(guān)心底層文件系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，但是有時應(yīng)用程序也需要考慮底層文件系統(tǒng)限制（比如fat vfat不支持鏈接，比如各個文件系統(tǒng)支持最大文件限制不同）。

VFS存在的意義

1. 向上，對應(yīng)用層提供一個標(biāo)準(zhǔn)的文件操作接口；

2. 對下，對文件系統(tǒng)提供一個標(biāo)準(zhǔn)的接口，以便其他操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)可以方便的移植到Linux上；

3. VFS內(nèi)部則通過一系列高效的管理機(jī)制，比如inode cache, dentry cache 以及文件系統(tǒng)的預(yù)讀等技術(shù)，使得底層文件系統(tǒng)不需沉溺到復(fù)雜的內(nèi)核操作，即可獲得高性能；

4. 此外VFS把一些復(fù)雜的操作盡量抽象到VFS內(nèi)部，使得底層文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更簡單。

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VFS架構(gòu)圖

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文件系統(tǒng)分類

文件系統(tǒng)一般可以分為以下幾類

1. 磁盤文件系統(tǒng)

這類文件系統(tǒng)數(shù)目最多，最常見：ext2/ext3/ext4文件系統(tǒng)；resierfs文件系統(tǒng) SGI的XFS文件系統(tǒng)；jffs2 yaffs ubifs等flash文件系統(tǒng)；crasmfs squashfs等只讀文件系統(tǒng)；fat vfa ntfs等windows文件系統(tǒng)；

這類文件系統(tǒng)大部分都是基于塊設(shè)備的文件系統(tǒng)，文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)都保存在塊設(shè)備上；flash文件系統(tǒng)略有差別，flash文件系統(tǒng)是位于MTD之上的，

flash文件系統(tǒng)需要處理壞快，垃圾收集，磨損平衡等復(fù)雜的功能。f隨著SD/MMC卡的普及，以及flash文件系統(tǒng)在可擴(kuò)展性，啟動速度上的先天不足。flash文件系統(tǒng)已經(jīng)慢慢退出了嵌入式舞臺。

cramfs squashfs存在的意義在于簡單，高效，穩(wěn)定（簡單的東西自然穩(wěn)定），在文件系統(tǒng)只讀的場景，仍然會被用到。二者的共同特點(diǎn)就是只讀，壓縮。我們要有這樣一個概念，文件系統(tǒng)的復(fù)雜來源于寫數(shù)據(jù)，刪除，truncate操作，目錄添加刪除等，因此一個只讀文件系統(tǒng)遠(yuǎn)比可讀寫文件系統(tǒng)簡單。最直觀的方法就是查看cramfs文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)代碼行數(shù)，只有區(qū)區(qū)兩個小文件。

Reiserfs 提出了很多文件系統(tǒng)的新概念，對小文件的讀寫操作做了很大的優(yōu)化，當(dāng)然新概念過多，也是導(dǎo)致可讀性可理解性差的原因。此外由于reiserfs的作者Hans reiserfs因?yàn)闅⑵拮锩闪?#xff0c;所以reiserfs的開發(fā)也受到了影響。

XFS相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，后面我會單獨(dú)開一篇分析

2. 特別的文件系統(tǒng)

此類文件系統(tǒng)也很常用，他們不是提供常規(guī)文件的存儲和訪問，文件系統(tǒng)建立在內(nèi)存之上，提供特殊的文件系統(tǒng)功能。如proc文件系統(tǒng)，pipe文件系統(tǒng)，以及tmpfs

3. 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)

包括NFS CODA AFS等網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)

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通用文件模型

VFS為底層文件系統(tǒng)提供了抽象，有兩種策略提供這種抽象。

1. 提供一個最小的通用模型，使得這個模型支持的功能是所有文件系統(tǒng)的最小交集

2. 提供一個盡量大的通用模型，使得這個模型包含所有文件系統(tǒng)功能的合集。

Linux采用第二種策略來實(shí)現(xiàn)VFS，因此VFS封裝了底層文件系統(tǒng)的所有功能和抽象，VFS負(fù)責(zé)把應(yīng)用層的請求轉(zhuǎn)發(fā)給特定的文件系統(tǒng)。

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在處理文件時，應(yīng)用空間和內(nèi)核空間使用的對象是不同的。對應(yīng)用程序來說，文件描述符用來表示一個文件，這個文件描述符是打開文件時內(nèi)核分配給這個文件的一個整數(shù)，注意，這個文件描述符只在本進(jìn)程內(nèi)有效；而對于內(nèi)核來說，則使用一個inode來表示一個文件，這個inode可能對應(yīng)著應(yīng)用層多個進(jìn)程內(nèi)的多個文件描述符。

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inode

內(nèi)核中的每一個文件或者目錄都有一個inode，inode由兩個主要部分組成：

1. 描述文件狀態(tài)的元數(shù)據(jù)，文件元數(shù)據(jù)包括文件大小，權(quán)限，類型，時間；

2. 文件數(shù)據(jù)描述，則用來定義文件數(shù)據(jù)在磁盤上的存放位置。

inode僅僅是文件在內(nèi)核內(nèi)存中的表現(xiàn)形式，雖然每個文件都有inode，但是并不是每個文件在磁盤上都有對應(yīng)磁盤inode，實(shí)際上有些文件系統(tǒng)并沒有磁盤inode，inode的生成有時要借助文件系統(tǒng)掃描。

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鏈接

鏈接是unix特有的概念，又分為軟鏈接和硬鏈接

軟鏈接又稱為符號鏈接，軟鏈接文件內(nèi)容指向一個文件路徑，也就是文件真實(shí)位置，軟鏈接指向的文件也可以是軟鏈接

硬鏈接是兩個文件共享同一個inode，

并不是所有的文件系統(tǒng)都支持符號鏈接和硬鏈接，比如fat, yaffs等文件系統(tǒng)并不支持符號鏈接。一般來說，沒有磁盤目錄結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)肯定不支持硬鏈接，而沒有磁盤inode的肯定不支持鏈接。

軟硬鏈接雖然為linux/unix操作管理帶來了很多便利，但是在很多軟件實(shí)現(xiàn)上，往往引入很大的復(fù)雜性。

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VFS 對象類型

VFS通用模型包含以下類型對象:

1. super block

存儲文件系統(tǒng)相關(guān)的信息，對于磁盤文件系統(tǒng)來說，這個對象通常對應(yīng)磁盤上的一個文件系統(tǒng)控制塊（磁盤super block）

2. inode

存儲一個文件相關(guān)的信息，對于磁盤文件系統(tǒng)，這個對象通常對應(yīng)磁盤上的一個文件控制塊(磁盤inode)。每一個inode都對應(yīng)一個編號，可以在文件系統(tǒng)內(nèi)唯一標(biāo)識這個文件。

3. file

file是和進(jìn)程相關(guān)的，file代表一個打開的文件，file和inode之間是多對一的關(guān)系，因?yàn)槎鄠€進(jìn)程可以打開同一個文件，系統(tǒng)會為每一次打開都創(chuàng)建一個file結(jié)構(gòu)。

4. dentry

底層文件系統(tǒng)的許多操作嚴(yán)重依賴文件的inode，在進(jìn)行文件操作前，我們需要根據(jù)路徑名找到文件對應(yīng)的inode。我們知道文件系統(tǒng)是樹狀結(jié)構(gòu)的，因此需要從根目錄通過目錄樹找到要操作的文件或目錄，這個遍歷過程涉及到磁盤操作，非常耗時。根據(jù)局部性原理，很有必要把這個查找過程cache起來，dentry就是為了加快目錄遍歷操作引入的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

每一個基于磁盤的文件系統(tǒng)，都有特定的方法用來構(gòu)建目錄樹。一般來說有兩種方式：

1. 磁盤上保存著目錄項(xiàng)

2. 通過磁盤文件的父子關(guān)系重建目錄項(xiàng)

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/rama/p/4362678.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的理解Linux虚拟文件系统VFS的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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