Linux IO子系统和文件系统读写流程

我们所有分析的，是基于2.6.32及其后的内核.

我们在Linux上总是要保存数据，数据要么保存在文件系统里（如ext3），要么就保存在裸设备里。我们在使用这些数据的时候都是通过文件这个抽象来访问的，操作系统会把我们需要的数据提交给我们，而我们则无需和块设备打交道。

从下图，我们可以清除的看到：

I/O子系统是个层次很深的系统，数据请求从用户空间最终到达磁盘，经过了复杂的数据流动。

对设驱开发人员或与此相关的设计人员，特别是IO很密集，我们就需要搞清楚IO具体是如何动作的，免得滥用IO和导致设计问题。（http://blog.yufeng.info/archives/751）

IBM developworks中，〈read系统调用剖析〉阐述就很清楚。

read系统调用的处理分为用户空间和内核空间处理两部分。其中，用户空间处理只是通过0x80中断陷入内核，接着调用其中断服务例程，即sys_read以进入内核处理流程。

对于read系统调用在内核的处理，如上图所述，经过了VFS、具体文件系统，如ext2、页高速缓冲存层、通用块层、IO调度层、设备驱动层、和设备层。其中，VFS主要是用来屏蔽下层具体文件系统操作的差异，对上提供一个统一接口，正是因为有了这个层次，所以可以把设备抽象成文件。具体文件系统，则定义了自己的块大小、操作集合等。引入cache层的目的，是为了提高IO效率。它缓存了磁盘上的部分数据，当请求到达时，如果在cache中存在该数据且是最新的，则直接将其传递给用户程序，免除了对底层磁盘的操作。通用块层的主要工作是，接收上层发出的磁盘请求，并最终发出IO请求（BIO）。IO调度层则试图根据设置好的调度算法对通用块层的bio请求合并和排序，回调驱动层提供的请求处理函数，以处理具体的IO请求。驱动层的驱动程序对应具体的物理设备，它从上层取出IO请求，并根据该IO请求中指定的信息，通过向具体块设备的设备控制器发送命令的方式，来操纵设备传输数据。设备层都是具体的物理设备。

VFS层：

内核函数sys_read是read系统调用在该层的入口点。

它根据文件fd指定的索引，从当前进程描述符中取出相应的file对象，并调用vfs_read执行文件读取操作。

vfs_read会调用与具体文件相关的read函数执行读取操作，file->f_op.read。

然后，VFS将控制权交给了ext2文件系统。（ext2在此作为示例，进行解析）