​聊聊内核虚拟文件系统

什么是虚拟文件系统?

• linux会实现多种基于磁盘的文件系统，比如ext4/xfs等，为了支持不同的磁盘文件系统，且多个磁盘文件系统互相访问，Linux内核在用户进程和磁盘文件系统系统之间引入一个臭小抽象层，这个就是虚拟文件系统(vfs)。

虚拟文件(vfs)系统有什么作用？

• vfs一方面用来提供操作文件、目录以及其他对象的统一方法;另外一方面，它必须能够与各种给出具体磁盘文件系统的实现达成妥协。

文件系统分为哪些类型?

• 目前文件系统基本可以分为三类，第一类是基于磁盘的文件系统,例如xfs.第二类是内核虚拟文件系统，是一种使用应用程序与用户进程通信的方法，内核的proc文件系统就是典型实现；第三种是网络文件系统，计算机通过网络连接到本地计算机，具体的数组组织和处理都是由远程计算机内核进行。

inode有什么用？

• 在处理文件时候，内核空间和用户空间使用的对象不同；对于用户程序而言，一个文件是有文件描述符标识，文件描述符是一个整数，进程操作文件都是通过这个文件描述符。文件描述符是在打开文件时候内核给进程分配的，有效期仅仅是在该进程的生命周期内；对于内核而言，处理文件的核心是inode,每个文件和 目录都有唯一的一个对应的inode,其中包含元数据(访问时间、修改时间、创建时间)和指向文件数据的指针，但是inode不包括文件名。
• inode 对于文件实现是一个主要概念，但是inode也用于实目录。在另外一个角度来讲，目录也是一种特殊的文件。inode的成员总体可以分为两类，第一类是描述文件状态的元数据；第二类是保存实际文件内容的数据段

内核如何查找一个文件？

• 比如我们查找/usr/bin/go这个文件，/表示根目录，是由一个inode表示，该inode的数据段不包含普通文件的数据，而是根目录下面的各个目录项，这些目录项可能代表文件或者目录，每个目录项(dentry)是由一个inode和文件或者目录名组成.目录项中的inode存储该目录下文件或者目录名称和对应的inode。
• 根据/目录inode中查找子目录user的inode,这会读取/目录的inode的数据段，直到找到usr目录项(如果查找失败，返回错误即可)。接着读取usr的inode查找子目录bin的目录项，读取bin目录的inode,查找go这个文件所在的inode，读取go文件的元数据返回即可。

• 在这次查找过程中最后一个inode是具体文件，其他三个都是目录。目录的inode存储的内容是目录项(dentry=inode + 文件或者目录名称)的列表.

dentry有什么作用?

• dentry也也叫做目录项，用来建立文件名和inode之间的关联每个dentry实例形成网络层次关系，与文件系统的结构形成一定的映射关系。我们执行文件查找命令时候，内核是通过vfs层的detnry来进行查找，同时内核提供dentry cache(d_cache)来缓存dentry,采用LRU策略来管理缓存，设置dcache(dentry cache)目录是为了加速查找inode.在vfs中dentry定义如下:

struct dentry {
	/* RCU lookup touched fields */
	unsigned int d_flags;		/* protected by d_lock */
	seqcount_spinlock_t d_seq;	/* per dentry seqlock */
	struct hlist_bl_node d_hash;	/* lookup hash list */
	// 父节点目录的dentry指针
	struct dentry *d_parent;	
	// 文件名称超过一定长度时候，文件名称存储在这里
	struct qstr d_name;
	// 指向关联的inode对象
	struct inode *d_inode;		
	// 当文件名称不超过16个字符时候，文件名称存储在d_iname中
	unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN];

	// 提供各种dentry对象操作的函数结构指针
	const struct dentry_operations *d_op;
	// dentry对象所属文件系统超级块的实例
	struct super_block *d_sb;	
	// 实际文件系统的私有数据
	void *d_fsdata;			

	
	// 父目录节点的下所有子目录或者文件的dentry
	struct list_head d_child;	/* child of parent list */
	// 子目录或者文件dentry的链表
	struct list_head d_subdirs;	/* our children */
	/*
	 * d_alias and d_rcu can share memory
	 */
	union {
		// 用于将dentry连接到inode的i_dentry指针
		struct hlist_node d_alias;
		// 哈哈西散列表
		struct hlist_bl_node d_in_lookup_hash;	
	} d_u;
} __randomize_layout;

vfs模块之间的关系是什么样的?