计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第10章解析.ppt

第10章 Linux文件系统 10.1Linux文件系统的特点与文件类别 10.1.1 特点 10.1.2文件类型 10.2Linux的虚拟文件系统 10.2.1 虚拟文件系统VFS框架 VFS 是一种软件机制，也许称它为 Linux 的文件系统管理者更确切点，与它相关的数据结构只存在于物理内存当中。所以在每次系统初始化期间，Linux 都首先要在内存当中构造一棵 VFS 的目录树(在 Linux 的源代码里称之为 namespace)，实际上便是在内存中建立相应的数据结构。VFS 目录树在 Linux 的文件系统模块中是个很重要的概念，希望读者不要将其与实际文件系统目录树混淆，VFS 中的各目录其主要用途是用来提供实际文件系统的挂载点，当然在 VFS 中也会涉及到文件级的操作，本文不阐述这种情况。一种可能的目录树在内存中的影像： 10.2.2 Linux虚拟文件系统的数据结构 1. VFS的超级块 super_block 2. 索引节点 inode 4. 目录项dentry 10.2.3VFS的系统调用 10.3文件系统的注册和挂装 10.3.1文件系统注册 这里的文件系统是指可能会被挂载到目录树中的各个实际文件系统，所谓实际文件系统，即是指VFS 中的实际操作最终要通过它们来完成而已，并不意味着它们一定要存在于某种特定的存储设备上。比如在笔者的 Linux 机器下就注册有 “rootfs”、“proc”、“ext2”、“sockfs” 等十几种文件系统。 数据结构 在 Linux 源代码中，每种实际的文件系统用以下的数据结构表示： 10.3.2已挂装文件系统描述符链表 10.3.3挂装根文件系统 注册 rootfs 文件系统 在众多的实际文件系统中，之所以单独介绍 rootfs 文件系统的注册过程，实在是因为该文件系统 VFS 的关系太过密切，如果说 ext2/ext3 是 Linux 的本土文件系统，那么 rootfs 文件系统则是 VFS 存在的基础。一般文件系统的注册都是通过 module_init 宏以及 do_initcalls() 函数来完成(读者可通过阅读module_init 宏的声明及 arch\i386\vmlinux.lds 文件来理解这一过程)，但是 rootfs 的注册却是通过 init_rootfs() 这一初始化函数来完成，这意味着 rootfs 的注册过程是 Linux 内核初始化阶段不可分割的一部分。 init_rootfs() 通过调用 register_filesystem(rootfs_fs_type) 函数来完成 rootfs 文件系统注册的，其中rootfs_fs_type 定义如下： VFS 目录树的建立 既然是树，所以根是其赖以存在的基础，本节阐述 Linux 在初始化阶段是如何建立根结点的，即 /目录。这其中会包括挂载 rootfs 文件系统到根目录 / 的具体过程。构造根目录的代码是在 init_mount_tree（） 函数 （fs\namespace.c） 中。 首先，init_mount_tree() 函数会调用 do_kern_mount(rootfs, 0, rootfs, NULL) 来挂载前面已经注册了的 rootfs 文件系统。这看起来似乎有点奇怪，因为根据前面的说法，似乎是应该先有挂载目录，然后再在其上挂载相应的文件系统，然而此时 VFS 似乎并没有建立其根目录。没关系，这是因为这里我们调用的是 do_kern_mount()，这个函数内部自然会创建我们最关心也是最关键的根目录(在 Linux 中，目录对应的数据结构是 struct dentry)。 在这个场景里，do_kern_mount() 做的工作主要是： 1）调用 alloc_vfsmnt() 函数在内存里申请了一块该类型的内存空间（struct vfsmount *mnt），并初始化其部分成员变量。 2) 调用 get_sb_nodev（） 函数在内存中分配一个超级块结构 (struct super_block) sb，并初始化其部分成员变量，将成员 s_instances 插入到 rootfs 文件系统类型结构中的 fs_supers 指向的双向链表中。 3) 通过 rootfs 文件系统中的 read_super 函数指针调用 ramfs_read_super() 函数。还记得当初注册rootfs 文件系统时，其成员 read_super 指针指向了 ramfs_read_super() 函数，参见图2. 4) ramfs_read_super() 函数调用 ramfs_get_inode() 在内存中分配了一个 inode 结构 (struct