Linux體系結構五檔案系統

上一節主要對linux系統中的核心空間與使用者空間做了簡單的分析，在這一節裡，將從核心空間和使用者空間對linux檔案系統進行一定的剖析。

談及檔案系統，很多linux使用者都會有乙個比較模糊和神秘的概念，如果對檔案系統的來龍去脈有一定的了解，相信大家就能走出迷霧，linux檔案系統的整體結構模型大概可以劃分為以下層次：

hard disk => disk driver => filesystem(ext3,ext4,btrfs ...) => user operation

上面結構模型很簡單，有一塊物理硬碟，首先這塊硬碟需要有硬碟驅動的支援，然後才能在這塊硬碟上建立不同的檔案系統，然後使用者才能使用這塊硬碟。但有下面兩個問題需要思考：

(1). 不同的物理硬碟，需要不同的驅動支援，而不同的驅動，所提供的io操作介面是不一樣的，那麼，有沒有乙個統一的io操作介面呢？

(2). 不同的檔案系統，如ext3, ext4, btrfs等所提供的api也是不一樣的，那麼，有沒有乙個統一的東西來對這些不同的檔案系統進行乙個抽象，以提供乙個統一的api介面呢？

於是，上面的結構層次還可以細分為：

上面的結構中，從硬碟驅動，檔案系統，虛擬檔案系統，以及系統呼叫，都屬於核心空間，換言之，這些不同層次的實現，都是由核心來做的；而所謂使用者空間的操作，也就是一些對磁碟的讀寫訪問操作。

1. 硬碟驅動

常見的硬碟型別有pata, sata和ahci等，在linux系統中，對不同硬碟所提供的驅動模組一般都存放在核心目錄樹drivers/ata中，而對於一般通用的硬碟驅動，也許會直接被編譯到核心中，而不會以模組的方式出現，可以通過檢視/boot/config-***.***檔案來確認：

config_sata_ahci=y

2. general block device layer

這一層的作用，正是解答了上面提出的第乙個問題，不同的硬碟驅動，會提供不同的io介面，核心認為這種雜亂的介面，不利於管理，需要把這些介面抽象一下，形成乙個統一的對外介面，這樣，不管你是什麼硬碟，什麼驅動，對外而言，它們所提供的io介面沒什麼區別，都一視同仁的被看作塊裝置來處理。

所以，如果在一層做的任何修改，將會直接影響到所有檔案系統，不管是ext3,ext4還是其它檔案系統，只要在這一層次做了某種修改，對它們都會產生影響。

3. 檔案系統

檔案系統這一層相信大家都再熟悉不過了，目前大多linux發行版本預設使用的檔案系統一般是ext4，另外，新一代的btrfs也呼之欲出，不管什麼樣的檔案系統，都是由一系列的mkfs.***命令來建立，如：

mkfs.ext4 /dev/sda

mkfs.btrfs /dev/sdb

核心所支援的檔案系統型別，可以通過核心目錄樹 fs 目錄中的內容來檢視。

4. 虛擬檔案系統(vfs)

virtual file system這一層，正是用來解決上面提出的第二個問題，試想，當我們通過mkfs.***系列命令建立了很多不同的檔案系統，但這些檔案系統都有各自的api介面，而使用者想要的是，不管你是什麼api，他們只關心mount/umount，或open/close等操作。

所以，vfs就把這些不同的檔案系統做乙個抽象，提供統一的api訪問介面，這樣，使用者空間就不用關心不同檔案系統中不一樣的api了。vfs所提供的這些統一的api，再經過system call包裝一下，使用者空間就可以經過sci的系統呼叫來操作不同的檔案系統。

vfs所提供的常用api有：

mount(), umount() ...

open(),close() ...

mkdir() ...

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