VFS

2、VFS的构建

所谓VFS的构建就是加载实际文件系统的过程，也就是mount被调用的过程。如下图所示，以mount一个ext2的文件系统为例。
这是一个经过简化的Ext2磁盘结构，只是用于说明用它构建VFS的基本过程。
mount命令的一般形式为：mount /dev/sdb1 /mnt/mysdb1
/dev/sdb1是设备名，/mnt/mysdb1是挂载点。
VFS文件系统的基本结构是dentry结构体与inode结构体。
Dentry代表一个文件目录中的一个点，可以是目录也可以是文件。
Inode代表一个在磁盘上的文件，它与磁盘文件一一对应。
Inode与dentry不一定一一对应，一个inode可能会对应多个dentry项。（hard link）Mount时，linux首先找到磁盘分区的super block，然后通过解析磁盘的inode table与file data，构建出自己的dentry列表与indoe列表。
需要注意的是，VFS实际上是按照Ext的方式进行构建的，所以两者非常相似（毕竟Ext是Linux的原生文件系统）。
比如inode节点，Ext与VFS中都把文件管理结构称为inode，但实际上它们是不一样的。Ext的inode节点在磁盘上；VFS的inode节点在内存里。Ext-inode中的一些成员变量其实是没有用的，如引用计数等。保留它们的目的是为了与vfs-node保持一致。这样在用ext-inode节点构造vfs-inode节点时，就不需要一个一个赋值，只需一次内存拷贝即可。
如果是非EXT格式的磁盘，就没有这么幸运了，所以mount非EXT磁盘会慢一些。

4 VFS的结构

构建出VFS文件系统后，下一步是把第一节中提到的目录模型映射到VFS结构体系中。
上文提到了VFS主要由denty与inode构成。Dentry用于维护VFS的目录结构，每个dentry项就代表着我们用ls时看的的一项（每个目录和每个文件都对应着一个dentry项）。Inode为文件节点，它与文件一一对应。Linux中，目录也是一种文件，所以dentry也会对应一个inode节点。

5 Dentry cache

每个文件都要对应一个inode节点与至少一个dentry项。假设我们有一个100G的硬盘，上面写满了空文件，那个需要多少内存才能重建VFS呢？
文件最少要占用1个block（一般是4K）。假一个dentry与一个inode需要100byte，则dentry与inode需要占用1/40的空间。1G硬盘则需要2.5M空间。最近都开始换装1T硬盘了，需要 25G的内存才能放下inode与dentry，相信没有几台电脑可以承受。
为了避免资源浪费，VFS采用了dentry cache的设计。
当有用户用ls命令查看某一个目录或用open命令打开一个文件时，VFS会为这里用的每个目录项与文件建立dentry项与inode，即“按需创建”。然后维护一个LRU（Least Recently Used）列表，当Linux认为VFS占用太多资源时，VFS会释放掉长时间没有被使用的dentry项与inode项。
需要注意的是：这里的建立于释放是从内存占用的角度看。从Linux角度看，dentry与inode是VFS中固有的东西。所不同的只是VFS是否把dentry与inode读到了内存中。对于Ext2/3文件系统，构建dentry与inode的过程非常简单，但对于其他文件系统，则会慢得多。
了解了Dentry cache的概念，才能明白为何下面会有两种定位文件的方式。

6 无denty时定位文件

因为上面提到的Denty Cache，VFS并不能保证随时都有dentry项与inode项可用。下面是无dentry项与inode项时的定位方式。
为了简化问题，这里假设已经找到了dir的dentry项（找到dentry的过程会在后面讲解）。
首先，通过dir对应的dentry0找到inode0节点，有了inode节点就可以读取目录中的信息。其中包含了该目录包含的下一级目录与文件文件列表，包括name与inode号。实际上用ls命令查看的就是这些信息。“ls -i”会显示出文件的inode号。

ls -i
975248 subdir0 975247 subdir1 975251 file0

接着，根据file1对应的inode号重建inode4，并通过文件数据与inode4重建file1的dentry节点。然后，根据通过根据subdir0对应的inode号重建inode2，并通过文件数据（目录也是文件）与inode2重建subdir0的dentry节点：dentry1。

ls -i

975311 file1 975312 file2

最后，就可以通过inode4节点访问文件了。
注意：文件对应的inode号是确定的，只是inode结构体需要重新构造。

7 有dentry时定位文件

一旦在Dentry cache中建立了dentry项，下次访问就很方便了。
Dentry中的一个关键变量是d_subdirs，它保存了下一级目录的列表，用于快速定位文件。
首先，在代表dir目录的dentry0的d_subdirs中查找名字为“subdir0”的dentry项，找到了dentry1。
然后在dentry1中查找名字为“file1”的dentry项，然后找到了file1对应的dentry项，
最后通过file1对应的dentry项获得file1对应的inode4。
与无dentry项时比较，有dentry项时的操作精简了许多。

10 进程对文件的管理

进程控制块task_struct中有两个变量与文件有关：fs与files。

files中存储着root与pwd两个指向dentry项的指针。用户定路径时，绝对路径会通过root进行定位；相对路径会的通过pwd进行定位。（一个进程的root不一定是文件系统的根目录。比如ftp进程的根目录不是文件系统的根目录，这样才能保证用户只能访问ftp目录下的内容）

fs是一个file object列表，其中每一个节点对应着一个被打开了的文件。当进程定位到文件时，会构造一个file object，并通过f_inode 关联到inode节点。文件关闭时（close），进程会释放对应对应file object。File object中的f_mode是打开时选择的权限，f_pos为读写位置。当打开同一个文件多次时，每次都会构造一个新的file object。每个file object中有独立的f_mode与f_pos。