Linux操作系统：深入理解虚拟文件系统

“Linux操作系统课程指导：Ch13 Virtual File Systems.ppt” 在Linux操作系统中，虚拟文件系统（Virtual File System, VFS）是一种抽象层，它允许系统支持多种不同的文件系统，如EXT4、FAT32、NTFS等，而无需对上层应用程序进行修改。VFS提供了一个通用的接口，使得所有文件系统的操作都遵循统一的规则，简化了文件系统之间的交互。 1. 超级块对象（Superblock object） 超级块是每个挂载的文件系统的核心组成部分，它存储了该文件系统的基本信息。这包括文件系统的类型、版本、块大小、分配组信息以及用于访问和管理文件系统的函数指针集合（super_operations，简称super_ops）。超级块还记录了文件系统的状态，如是否被挂载、最近的修改时间等。 2. 索引节点对象（Inode object） 每个文件或目录在Linux中都有一个对应的索引节点（inode）。inode存储了文件的元数据，如文件的所有者、权限、大小、创建和修改时间，以及指向文件实际数据块的指针。这些信息使得系统能快速定位并访问文件内容。每个inode都有一个唯一的编号（inode号），并且可以有多个文件名（硬链接）指向同一个inode。 3. 目录项对象（Dentry object） 目录项对象（dentry）代表路径中的一个组件，比如在"/home/user/file.txt"中，“home”、“user”和“file.txt”都是目录项。dentry缓存了路径到inode的映射，减少了查找文件时的开销。它维护了目录结构，并通过连接多个dentry形成完整的文件路径。 4. 文件对象（File object） 文件对象是与进程交互的核心，代表了进程上下文中打开的文件。文件对象包含了文件描述符、当前读写位置、文件状态标志以及一系列用于读写操作的函数指针（file_operations）。当进程进行读写操作时，系统会通过文件对象调用相应的底层文件系统函数。 5. Superblock Operations（Super_ops）和Inode Operations Superblock Operations是一组针对超级块的操作函数，包括挂载、卸载文件系统，更新统计信息等。而Inode Operations则是一组针对inode的操作函数，如创建、删除文件，读写文件元数据等。这两个结构体定义了VFS如何与特定文件系统通信。 通过VFS，Linux实现了高度模块化的文件系统支持，使得添加新的文件系统变得简单，同时也保证了系统对文件的操作一致性。无论是本地磁盘上的文件，还是网络上的文件，都可以通过相同的API进行访问。这种设计极大地增强了Linux操作系统的灵活性和可扩展性。