7.1 文件系统概述

linux文件系统目录结构

Linux文件系统的设计目的:就是用来存储文件和管理文件。Linux文件系统的文件是数据的集合,文件系统不仅包含着文件中的数据,而且还有文件系统的结构,Linux用户和应用程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。linux文件系统是树状结构,如下图所示。


VFS文件系统

VFS(Virtual Filesystem)是对具体文件系统的抽象,可以让不同的文件系统表现出一致的行为。对用户空间和内核的其他部分,这些文件系统看起来都是一样的(比如都有文件和目录,都支持添加和删除操作),不用关注不同文件系统的具体细节。
VFS在linux系统中的层次结构如下图


Linux中VFS依靠四个主要的数据结构来描述其结构信息,分别为超级块、索引结点、目录项和文件对象。
超级块(Super Block):超级块对象表示一个文件系统。它存储一个已安装的文件系统的控制信息,包括文件系统名称(比如Ext2)、文件系统的大小和状态、块设备的引用和元数据信息(比如空闲列表等等)。超级块与磁盘上文件系统的超级块对应。

索引结点(Inode):索引结点对象存储了文件的相关元数据信息,例如:文件大小、设备标识符、用户标识符、用户组标识符等等。Inode分为两种:一种是VFS的Inode,一种是具体文件系统的Inode。前者在内存中,后者在磁盘中。所以每次其实是将磁盘中的Inode调进填充内存中的Inode,这样才是算使用了磁盘文件Inode。当创建一个文件的时候,就给文件分配了一个Inode。一个Inode只对应一个实际文件,一个文件也会只有一个Inode(Unix/Linux系统中目录也是一种文件,打开目录实际上就是打开目录文件。目录文件的结构非常简单,就是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:所包含文件的文件名,以及该文件名对应的inode号码)。

目录项(Dentry):引入目录项对象的概念主要是出于方便查找文件的目的。不同于前面的两个对象,目录项对象只存在于内存中,实际对应的是磁盘的目录innode对象。VFS在查找的时候,根据一层一层的目录项找到对应的每个目录项的Inode,那么沿着目录项进行操作就可以找到最终的文件。

文件对象(File):文件对象描述的是进程已经打开的文件。因为一个文件可以被多个进程打开,所以一个文件可以存在多个文件对象,但多个文件对象其对应的索引节点和目录项对象肯定是惟一的

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