ESP32 之 ESP-IDF 教学（十四）——虚拟文件系统（VFS）

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一、什么是虚拟文件系统（VFS）

如果你曾经了解过Linux，那么你大概率听说过“Linux下一切皆文件”。你插入的一个U盘，移动硬盘，乃至打印机，音响在Linux中都会被当作“文件”。

这可能不太好理解，为什么我的设备被系统当作文件了呢。实际上，这些文件不一定是真实的文件，而是虚拟的。这就是VFS中“虚拟”的含义。

谈到虚拟文件系统，就不得不谈谈“抽象”一词的含义。
抽象（abstract），是指在众多不同的事物中，忽略个别的，非本质的属性而把统一的、本质的属性抽取出来形成概念。

例如上方的例子，无论是真实的储存文件的设备（如U盘，移动硬盘）还是其他的设备（如打印机）。他们的本质都是：① 可以作为计算机的外设；② 可以跟计算机交换数据。因此，Linux通过VFS把一切设备都抽象成一个统一的文件系统，从设备读取数据视为向“文件”读取数据，向设备发送数据视为写数据到“文件”。并且不同的“文件”之间读写方式相同

因此，Linux这时候不再需要关注这个设备具体读写方式的区别，而直接使用相同的高层操作完成与外设的数据交互。

因此，虚拟文件系统的作用是：使得计算机上层的软件，能够用单一的方式，来跟底层不同的文件系统沟通（无论是真实的文件系统还是虚拟的文件系统）。在操作系统与之下的各种文件系统之间，虚拟文件系统提供了标准的操作接口，将所有不同种类的文件系统统一起来。

二、ESP32中的VFS

ESP32 吸收了Linux VFS的理念，被设计了VFS。为一些驱动提供了统一的接口。有了该接口，用户可像操作普通文件一样操作虚拟文件。这类驱动程序可以是 FAT、SPIFFS 等真实文件系统，也可以是有文件类接口的设备驱动程序。

ESP32的VFS支持fprintf fopen等标准C库函数，调用这个函数本质上就是对VFS的访问。并提供了“路径”“文件描述符”等概念。不同的文件系统通过文件路劲来区分。

对于VFS，你可以通过手动实现读与写来挂载文件系统。除此之外，ESP-IDF提供了大量简化API为开发者实现了挂载常用的文件系统，如：

• 挂载ESP32或模组内部flash为Fat文件系统
• 挂载SD卡为Fat文件系统
• 其他…

1. 标准的VFS路径

一个标准ESP32 VFS路径如下所示
/挂载点/path/to/file.txt
其中包含了“挂载点”和“路径”
一个挂载点被认为成一个文件系统

（1）挂载点

① 挂载点必须为斜杠/开头，且/后至少有一个字符

当然也有特殊情况，例如当你需要一个默认文件系统，在未找到符合条件的文件系统时访问。或者应用程序要覆盖VFS某些功能。这时候允许无名的挂载点。
不要把 / 当作根文件系统！

② 允许多层挂载点

例如：可以将 /storage/sdcard作为挂载点

（2）路径

路径描述某个文件系统（挂载点）下某个文件所处的位置。
注意事项：
① 如果挂载点中嵌套了其他挂载点，则在打开文件时使用具有最长匹配路径前缀的挂载点。 例如：
　(i) /data挂载文件系统A
　(ii) /data/flash挂载文件系统B
则：
　打开/data/index.html时，VFS会去A文件系统寻找；
　打开/data/flash/main.cpp时，VFS会去B文件系统寻找；即使没有找到，VFS也不会去/data下寻找/flash/main.cpp
② 点 “ . ” 在VFS中不会被特殊处理
例如..不会被当作“上一级目录”，.也不会被当作“当前目录”

2. 文件描述符

文件描述符是一组很小的正整数，从 0 到 FD_SETSIZE - 1 ， FD_SETSIZE 在 newlib ->sys/types.h 中定义。
最大文件描述符由 CONFIG_LWIP_MAX_SOCKETS 定义，且为套接字保留。
VFS 中包含一个名为 s_fd_table 的查找表，用于将全局文件描述符映射至 s_vfs 数组中注册的 VFS 驱动索引。

3. 标准IO流: stdin、stdout、stderr

这三个流均属于文件描述符。默认情况下，对 stdout 或 stderr 执行写入操作将会通过 UART 发送字符，对 stdin 执行读取操作则会从UART 中取出字符。详见menuconfig配置