Linux文件系统中的超级块、索引节点与VFS结构详解

本文主要介绍了Linux文件系统中的几个核心概念：超级块对象、索引节点对象、目录项对象和文件对象。超级块是文件系统的控制信息中心，它记录了一个安装文件系统的类型，并存储在磁盘的特定位置。当文件系统被安装时，内核会读取超级块来初始化系统状态。 索引节点对象是存储文件相关信息的数据结构，包括文件的数据块位置等，它们在文件首次访问时被加载到内存中，便于后续操作。目录项对象则是为了更高效地定位文件，每个路径组成部分，无论是目录还是文件，都有对应的目录项对象，但它们并不对应磁盘上的具体数据结构，而是由VFS在解析路径名时动态构建。 文件对象是内存中表示已打开文件的抽象，由sys_open()函数创建，sys_close()函数关闭。它与物理文件的关系类似于进程与程序，用户层面主要通过文件对象操作文件，无需关心底层细节。由于多个进程可以共享同一文件，文件对象可以有多个实例，但对应的索引节点和目录项对象是唯一的。 文件系统根据存储介质和技术实现来分类，Linux支持多种类型的文件系统，每个文件系统类型都有一个file_system_type结构，即使在同一系统中有多个该类型的文件系统实例，也只有一个file_system_type结构。安装文件系统时会创建vfsmount结构，对应安装点，超级块通过s_type字段关联其特定的文件系统类型。 磁盘的工作原理部分介绍了磁盘的基本构造，如盘片、磁道、扇区和柱面的概念。磁道是盘面上同心圆，扇区是磁道上的最小数据单元，每个扇区有自己的编址方式，早期的CHS编址方式以柱面、磁头和扇区的组合来标识。磁盘的读写过程涉及寻道，即磁头沿着磁道移动，这是影响磁盘性能的主要因素之一。低级格式化用于划分磁道和扇区，而高级格式化则是添加文件系统元数据，标记数据区域。 本文深入剖析了Linux文件系统的核心组成部分及其交互，以及磁盘硬件如何与这些高层抽象相互作用，使得操作系统能够高效地管理文件和数据。