Linux文件系統的設計
總論：
linux的文件系統設計非常優秀，總的來講有兩大部分，第一部分就是樹形的組織結構，第二部分就是vfs，樹形的組織結構組織了文件系統的表象，用戶很方便的使用，而vfs是文件系統的實現機理，它處於內核態，不但實現了樹形結構的mount機制，而且還提供了一個統一的接口用來訪問設備。
一、Linux文件系統概述
1、Linux文件系統組織
Linux中使用樹來組織文件系統。整個文件系統構成了一顆樹，這棵樹以/為根。整個系統有且只有這一顆文件樹。這棵樹描述了文件系統的拓撲結構，沒有任何文件系統的類型信息。
2、mount機制
linux使用mount機制擴展文件系統，使不同類型的文件系統可以掛載在系統的文件樹的任何位置。mount機制使文件樹有了類型屬性，支持了不同類型的文件系統的掛載。
如圖所示。
可以看到如果不考慮掛載點，整個文件系統就是一棵樹，如果考慮了掛載點，這棵樹原來是嫁接而成的，可以包含各種不同種類的文件系統。正如橋片擴展了總線一樣，掛載點擴展了文件樹，和擴展總線不同的是，任意目錄都可以是掛載點，但是不是任意芯片都是可以作為橋的。(網橋/交換機擴展以太網也是一樣的道理，和mount機制更加類似一些，因為你只需要插入一個多端口網卡就可以作為一個網橋了。)
3、mount機制的好處
mount可以屏蔽文件系統的類型，所有類型的文件系統共享一棵樹，但是實現卻可以不相同。用戶進程可以使用相同的系統調用接口訪問所有的文件系統，而不必在意訪問的文件是什麽類型的。mount機制使一棵文件樹得以多樣化，然而又可以向用戶屏蔽這種多樣化。這種多樣化是通過vfs實現的。
4、單棵樹組織+mount擴展
Linux的文件系統和磁盤並不綁定，文件系統就是一棵樹，是一個虛擬的概念，沒有介質，沒有容量，沒有讀寫規則，只有在掛載(mount)發生的時候，也就是具體的文件系統掛載的時候，某個掛載點才和介質建立聯系，然而此時對於文件系統來講仍然沒有容量的概念，容量僅僅是掛載於此目錄的磁盤設備的屬性，如果磁盤空間滿了，仍然可以通過在此磁盤的一個目錄上mount一個新的文件系統來解決，而新的文件系統在一塊新的磁盤上。
5、和Windows文件系統的對比
Windows顯式的分離了各種文件系統，雖然Windows在操作接口上也吸取了Unix中“一切皆文件”的思想。在接口級別，windows也使用相同的API來訪問各類文件，比如ReadFile，WriteFile等，然而在操作級別，windows卻沒有實現一致性，在操作級別，windows的文件系統主要指以磁盤為介質的文件系統，因此windows沒有必要用一棵樹包含所有的文件，而是區分成了各個盤符，然而這種方式有個弊端，那就是不易擴展，因為單個盤符限制了容量，磁盤直接和文件系統綁定。因此，Windows不以單棵樹樹來組織文件系統，windows很難用mount來擴展文件系統。
二、VFS概述
1、VFS
虛擬文件系統或者虛擬文件插口，叫做插口更合適，也是官方的叫法，vfs向上和用戶進程文件訪問系統調用接口，如open，read，write等，向下和具體不同文件系統的實現接口，如read，write的不同實現。如下圖所示：
2、VFS的重要性
VFS屏蔽了具體文件的實現細節，向上提供統一的操作接口。通過VFS可以實現任意的文件系統，這些文件系統通過文件訪問系統調用都可以訪問。在操作系統內核中，vfs是對離用戶態最近的一層，因為它的存在，linux的使用才變得方便。實際上，正是vfs實現了樹形的文件系統組織，然而vfs的作用還不止這些，設備的文件抽象也是通過vfs來實現的。
3、VFS舉例
3.1、procfs
3.2、sysfs
3.3、cpusetfs
3.4、ntfs
3.5、extX
3.6、任意你想實現的。
需要做什麽呢？只需要在一大堆switch函數例程中實現你的邏輯即可，就是說實現file_operations函數集合即可。註意，在linux中，文件和存儲沒有必然關系，實際上沒有任何關系，也就是說linux中的文件有的不需要被存儲，比如proc目錄中的文件，只有在你read它的時候，數據才從內核出來，這個數據是內核邏輯提供的，而是可能實時變化，linux根本沒有必要在另一個地方再存儲它。
4、一個重要結論
由於linux的樹形文件系統是完全抽象的，因此它不和任何介質進行綁定，僅存在於內核當中，內核只要起來，這個虛擬的樹就存在了，只是此時只有樹根，然而linux此時卻可以掛載任意類型的文件系統到這個樹根，這樣就可以實現很方便的定制，linux可以在initrd中掛載任意文件系統到樹根，這是因為內核和文件系統是分離的概念，內核啟動並不依賴任何文件系統。
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