Linux 011文件系统的源码阅读.doc

Linux 0.11文件系统的源码阅读总结 1. minix文件系统 对于linux 0.11内核的文件系统的开发，Linus主要参考了Andrew S.Tanenbaum所写的《MINIX操作系统设计与实现》，使用的是其中的1.0版本的MINIX文件系统。而高速缓冲区的工作原理参见M.J.Bach的《UNIX操作系统设计》第三章内容。 通过对源代码的分析，我们可以将minix文件系统分为四个部分，如下如1-1。 ? 高速缓冲区的管理程序。主要实现了对硬盘等块设备进行数据高速存取的函数。 ? 文件系统的底层通用函数。包括文件索引节点的管理、磁盘数据块的分配和释放 以及文件名与i节点的转换算法。 ? 有关对文件中的数据进行读写操作的函数。包括字符设备、块设备、管道、常规 文件的读写操作，由read_write.c函数进行总调度。 ? 涉及到文件的系统调用接口的实现，这里主要涉及文件的打开、关闭、创建以及 文件目录等系统调用，分布在namei和inode等文件中。 图1-1 文件系统四部分之间关系图 1.1超级块 首先我们了解一下MINIX文件系统的组成，主要包括六部分。对于一个360K软盘，其各部分的分布如下图1-2所示： 图 1-2 建有MINIX文件系统的一个360K软盘中文件系统各部分的布局示意图 注释1：硬盘的一个扇区是512B，而文件系统的数据块正好是两个扇区。 注释2：引导块是计算机自动加电启动时可由ROM BIOS自动读入得执行代码和数据。 注释3：逻辑块一般是数据块的2幂次方倍数。MINIX文件系统的逻辑块和数据块同等大小 对于硬盘块设备，通常会划分几个分区，每个分区所存放的不同的文件系统。硬盘的第一个扇区是主引导扇区，其中存放着硬盘引导程序和分区表信息。分区表中得信息指明了硬盘上每个分区的类型、在硬盘中其实位置参数和结束位置参数以及占用的扇区总数。其结构如下图1-3所示。 图1-3 硬盘设备上的分区和文件系统 对于可以建立不同的多个文件系统的硬盘设备来说，minix文件系统引入超级块进行管理硬盘的文件系统结构信息。其结构如下图1-4所示。其中，s_ninodes表示设备上得i节点总数，s_nzones表示设备上的逻辑块为单位的总逻辑块数。s_imap_blocks和s_zmap_blocks分别表示i节点位图和逻辑块位图所占用的磁盘块数。 s_firstdatazone表示设备上数据区开始处占用的第一个逻辑块块号。s_log_zone_size是使用2为底的对数表示的每个逻辑块包含的磁盘块数。对于MINIX1.0文件系统该值为0，因此其逻辑块的大小就等于磁盘块大小。s_magic是文件系统魔幻数，用以指明文件系统的类型。对于MINIX1.0文件系统，它的魔幻数是0x137f。 图 1-4 MINIX超级块结构 对于超级块来说有两个特殊之处： ? 逻辑位图的最低比特位（位0）闲置不用，并在创建文件系统时会预先置1。 ? I节点位图的最低比特位（位0）闲置不用，并在创建文件系统时会预先置1。 因此i节点位图只能表示8191个i节点的状况。 1.2 i节点 I节点则是用来存放文件的相关信息。对于每个文件或者目录名都有一个i节点，各自i节点结构中存放着对应文件的相关信息。其i节点的结构（32个字节）如图1-6所示。 其中i_mode字段的是用来保存文件的类型和访问权限属性。其15-12用于保存文件类型，为11-9保存执行文件时设置的信息，位8-0用于设置范文权限。如图1-5所示。 I节点有一个特殊之处： ? I节点0是闲置不用的，在文件系统创建时被置1。 图 1-5 i节点属性字段内容 图 1-6 MINIX文件系统1.0版的i节点结构 其中文件所占用得盘上逻辑块号数组结构如下图1-7所示。 图 1-7 i节点的逻辑块（区块）数组的功能 1.3文件类型、属性和目录项 Linux下文件属性的查看可以通过“ls –l”，具体如下图1-8所示： 图 1-8 linux下“ls –l“显示的文件信息 从上图可以看出来，在linux下通常可以分为六种类型的文件： ? 正规文件（‘-’），系统对其不做任何解释，包含有任何长度的字节流。 ? 目录（‘d’）在linux下也是一种文件，文件管理系统会对其内容进行解释。 ? 符号链接（‘s’）用于使用不同的文件名来引用另外一个文件。分为软链接和 硬链接。软链接可以跨文件系统进行链接，删除时不会影响到源文件；而硬链 接则不能跨文件系统（或者设备），它和被链接的文件地位相同，被作为一般文件对待，并且会递增文件的链接计数。 ? 命名管道（‘p’）文件时系统创建有名管道建立的文件，用于无关进程间的 通信。 ? 字符设备（‘c’）文件用于以操作文件的方式访问字符设