虚拟文件系统 (VFS)

概念

文件系统的种类众多，而操作系统希望 对用户提供一个统一的接口，于是在用户层与文件系统层引入了中间层，这个中间层就称为 虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）。

VFS 定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口，这样程序员不需要了解文件系统的工作原理，只需要了解 VFS 提供的统一接口即可。

在 Linux 文件系统中，用户空间、系统调用、虚拟文件系统、缓存、文件系统以及存储之间的关系如下图：

（第二张图来自：https://xiaolizai.blog.csdn.net/article/details/133993884）

文件系统分类 - 按存储位置

Linux 支持的文件系统也不少，根据存储位置的不同，可以把文件系统分为三类：

• 磁盘的文件系统： 它是直接把数据存储在磁盘中，比如 Ext 2/3/4、XFS 等都是这类文件系统
• 内存的文件系统： 这类文件系统的数据不是存储在硬盘的，而是占用内存空间，我们经常用到的 /proc 和 /sys 文件系统都属于这一类，读写这类文件，实际上是读写内核中相关的数据
• 网络的文件系统： 用来访问其他计算机主机数据的文件系统，比如 NFS、SMB 等等

文件系统首先要先挂载到某个目录才可以正常使用，比如 Linux 系统在启动时，会把文件系统挂载到根目录。

VFS四大struct

参考：https://blog.csdn.net/bandaoyu/article/details/125375996

VFS有四大对象：

• 超级块 super_block
• 索引节点 inode
• 目录项 dentry
• 文件对象 file

(1) 索引节点 inode

文件是由 inode 以及 inode指向的数据块构成，Inode记录了文件的管理信息，数据块记录文件的具体内容。

(2) 目录项 dentry

• 目录：也是由 inode 以及inode指向的数据块构成 ，但目录的数据块 记录的是该目录下的 子目录/文件的 inode 以及 子目录名/文件名 等信息。

• 目录项 dentry：目录项是描述文件的逻辑属性（dentry中包含了文件名，文件的inode号等信息。），只存在于内存中，更确切的说是存在于内存的目录项缓存，为了提高查找性能而设计。注意不管是文件夹还是最终的文件，都是属于目录项，所有的目录项在一起构成一颗庞大的目录树。

  例如：open一个文件 /home/xxx/yyy.txt，那么 /、home、xxx、yyy.txt 都是一个目录项，VFS在查找的时候，根据一层一层的目录项找到对应的每个目录项的inode，那么沿着目录项进行操作就可以找到最终的文件。

dentry结构是一种含有指向父节点和子节点指针的双向结构，多个这样的双向结构构成一个内存里面的树状结构，也就是文件系统的目录结构在内存中的缓存了。有了这个缓存，我们在访问文件系统时，通常都非常快捷。

注意：目录也是一种文件(所以也存在对应的inode)。打开目录，实际上就是打开目录文件

举个文件的例子：/home/user/Desktop/bilibili.txt ，假设 bilibili.txt和 / 在同一个文件系统，那么，只需要读 /的inode 读到 home 并找到找到 home的inode 并读取，这样步步跳转，最后会读取 bilibili.txt 这文件对应的 inode ,好了，你打开 bilibili.txt 这个文件并读取内容时，VFS 会调用 ext3 的 read()（在5中的安装 ，函数已经向VFS注册过）去读此inode对应的数据块。

(3) 文件对象

文件对象：注意文件对象描述的是进程已经打开的文件。因为一个文件可以被多个进程打开，所以一个文件可以存在多个文件对象。但是由于文件是唯一的，那么inode就是唯一的，目录项也是定的！

进程其实是通过文件描述符来操作文件的，注意每个文件都有一个32位的数字来表示下一个读写的字节位置，这个数字叫做文件位置。一般情况下打开文件后，打开位置都是从0开始，除非一些特殊情况。Linux用file结构体来保存打开的文件的位置，所以file称为打开的文件描述。这个需要好好理解一下！file结构形成一个双链表，称为系统打开文件表。

Superblock, Inode, Dentry 和 File 都属于元数据(Metadata)，

Linux系统从ext2开始，是将文件属性和文件内容分开存储,inode 用于存储文件的各属性,block 用来存储文件的内容。inode指向block（至少一个）。

超级块

Super block即为超级块，它是硬盘分区开头，超级块中的数据是卷资源表，有关文件卷的大部分信息都保存在这里。

例如：硬盘分区中每个block的大小、硬盘分区上一共有多少个block group、以及每个block group中有多少个inode。它定义了文件系统的类似、大小、状态，和其他元数据结构的信息（元数据的元数据）。

读linux下文件--->陷入kernel-->VFS系统-->文件系统(例如ext3)-->访问物理硬件；

Superblock, Inode, Dentry 和 File 都属于元数据(Metadata)