當前，除了Linux標準的文件系統Ext2/Ext3/Ext4外，還有很多種文件系統，比如reiserfs, xfs, Windows的vfat NTFS，網絡文件系統nfs 以及flash 文件系統jffs2, yaffs/yaffs2 ubifs。linux通過叫做VFS的中間層對這些文件系統提供了完美的支持。

對于用戶來說，這些文件系統幾乎是透明的，在大部分情況下，用戶通過libc和kernel的VFS交互，不需要關心底層文件系統的具體實現，但是有時應用程序也需要考慮底層文件系統限制（比如fat vfat不支持鏈接，比如各個文件系統支持最大文件限制不同）。

VFS存在的意義

1. 向上，對應用層提供一個標準的文件操作接口；

2. 對下，對文件系統提供一個標準的接口，以便其他操作系統的文件系統可以方便的移植到Linux上；

3. VFS內部則通過一系列高效的管理機制，比如inode cache, dentry cache 以及文件系統的預讀等技術，使得底層文件系統不需沉溺到復雜的內核操作，即可獲得高性能；

4. 此外VFS把一些復雜的操作盡量抽象到VFS內部，使得底層文件系統實現更簡單。

VFS架構圖

文件系統分類

文件系統一般可以分為以下幾類

1. 磁盤文件系統

這類文件系統數目最多，最常見：ext2/ext3/ext4文件系統；resierfs文件系統 SGI的XFS文件系統；jffs2 yaffs ubifs等flash文件系統；crasmfs squashfs等只讀文件系統；fat vfa ntfs等windows文件系統；

這類文件系統大部分都是基于塊設備的文件系統，文件系統的數據和元數據都保存在塊設備上；flash文件系統略有差別，flash文件系統是位于MTD之上的，

flash文件系統需要處理壞快，垃圾收集，磨損平衡等復雜的功能。f隨著SD/MMC卡的普及，以及flash文件系統在可擴展性，啟動速度上的先天不足。flash文件系統已經慢慢退出了嵌入式舞臺。

cramfs squashfs存在的意義在于簡單，高效，穩定（簡單的東西自然穩定），在文件系統只讀的場景，仍然會被用到。二者的共同特點就是只讀，壓縮。我們要有這樣一個概念，文件系統的復雜來源于寫數據，刪除，truncate操作，目錄添加刪除等，因此一個只讀文件系統遠比可讀寫文件系統簡單。最直觀的方法就是查看cramfs文件系統實現代碼行數，只有區區兩個小文件。

Reiserfs 提出了很多文件系統的新概念，對小文件的讀寫操作做了很大的優化，當然新概念過多，也是導致可讀性可理解性差的原因。此外由于reiserfs的作者Hans reiserfs因為殺妻罪名成立，所以reiserfs的開發也受到了影響。

XFS相當的復雜，后面我會單獨開一篇分析

2. 特別的文件系統

此類文件系統也很常用，他們不是提供常規文件的存儲和訪問，文件系統建立在內存之上，提供特殊的文件系統功能。如proc文件系統，pipe文件系統，以及tmpfs

3. 網絡文件系統

包括NFS CODA AFS等網絡文件系統

通用文件模型

VFS為底層文件系統提供了抽象，有兩種策略提供這種抽象。

1. 提供一個最小的通用模型，使得這個模型支持的功能是所有文件系統的最小交集

2. 提供一個盡量大的通用模型，使得這個模型包含所有文件系統功能的合集。

Linux采用第二種策略來實現VFS，因此VFS封裝了底層文件系統的所有功能和抽象，VFS負責把應用層的請求轉發給特定的文件系統。

在處理文件時，應用空間和內核空間使用的對象是不同的。對應用程序來說，文件描述符用來表示一個文件，這個文件描述符是打開文件時內核分配給這個文件的一個整數，注意，這個文件描述符只在本進程內有效；而對于內核來說，則使用一個inode來表示一個文件，這個inode可能對應著應用層多個進程內的多個文件描述符。

inode

內核中的每一個文件或者目錄都有一個inode，inode由兩個主要部分組成：

1. 描述文件狀態的元數據，文件元數據包括文件大小，權限，類型，時間；

2. 文件數據描述，則用來定義文件數據在磁盤上的存放位置。

inode僅僅是文件在內核內存中的表現形式，雖然每個文件都有inode，但是并不是每個文件在磁盤上都有對應磁盤inode，實際上有些文件系統并沒有磁盤inode，inode的生成有時要借助文件系統掃描。

鏈接

鏈接是unix特有的概念，又分為軟鏈接和硬鏈接

軟鏈接又稱為符號鏈接，軟鏈接文件內容指向一個文件路徑，也就是文件真實位置，軟鏈接指向的文件也可以是軟鏈接

硬鏈接是兩個文件共享同一個inode，

并不是所有的文件系統都支持符號鏈接和硬鏈接，比如fat, yaffs等文件系統并不支持符號鏈接。一般來說，沒有磁盤目錄結構的文件系統肯定不支持硬鏈接，而沒有磁盤inode的肯定不支持鏈接。

軟硬鏈接雖然為linux/unix操作管理帶來了很多便利，但是在很多軟件實現上，往往引入很大的復雜性。

VFS 對象類型

VFS通用模型包含以下類型對象:

1. super block

存儲文件系統相關的信息，對于磁盤文件系統來說，這個對象通常對應磁盤上的一個文件系統控制塊（磁盤super block）

2. inode

存儲一個文件相關的信息，對于磁盤文件系統，這個對象通常對應磁盤上的一個文件控制塊(磁盤inode)。每一個inode都對應一個編號，可以在文件系統內唯一標識這個文件。

3. file

file是和進程相關的，file代表一個打開的文件，file和inode之間是多對一的關系，因為多個進程可以打開同一個文件，系統會為每一次打開都創建一個file結構。

4. dentry

底層文件系統的許多操作嚴重依賴文件的inode，在進行文件操作前，我們需要根據路徑名找到文件對應的inode。我們知道文件系統是樹狀結構的，因此需要從根目錄通過目錄樹找到要操作的文件或目錄，這個遍歷過程涉及到磁盤操作，非常耗時。根據局部性原理，很有必要把這個查找過程cache起來，dentry就是為了加快目錄遍歷操作引入的數據結構。

每一個基于磁盤的文件系統，都有特定的方法用來構建目錄樹。一般來說有兩種方式：

1. 磁盤上保存著目錄項

2. 通過磁盤文件的父子關系重建目錄項

總結

以上是生活随笔為你收集整理的理解linux虚拟文件系统VFS - 概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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