Linux文件系統(tǒng)掛裝與高層體系結構

時間：2024-09-28 23:55:16 Linux認證我要投稿

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　　Windows XP高昂的價格和升級收費政策使更多企業(yè)和個人用戶轉向自由開放的Linux操作系統(tǒng)，目標雇主群會迅速增長。下面是小編整理的關于Linux文件系統(tǒng)掛裝與高層體系結構，希望大家認真閱讀!

　　文件系統(tǒng)體系結構

　　既然已經看到了文件系統(tǒng)的構造方法，現(xiàn)在就看看Linux文件系統(tǒng)層的體系結構。本文從兩個角度考察Linux文件系統(tǒng)。首先采用高層體系結構的角度。然后進行深層次討論，介紹實現(xiàn)文件系統(tǒng)層的主要結構。

　　高層體系結構

　　盡管大多數(shù)文件系統(tǒng)代碼在內核中(后面討論的用戶空間文件系統(tǒng)除外)，但是圖 1 所示的體系結構顯示了用戶空間和內核中與文件系統(tǒng)相關的主要組件之間的關系。

　　圖 1.Linux文件系統(tǒng)組件的體系結構

　　用戶空間包含一些應用程序(例如，文件系統(tǒng)的使用者)和 GNU C 庫(glibc)，它們?yōu)槲募到y(tǒng)調用(打開、讀取、寫和關閉)提供用戶接口。系統(tǒng)調用接口的作用就像是交換器，它將系統(tǒng)調用從用戶空間發(fā)送到內核空間中的適當端點。

　　VFS 是底層文件系統(tǒng)的主要接口。這個組件導出一組接口，然后將它們抽象到各個文件系統(tǒng)，各個文件系統(tǒng)的行為可能差異很大。有兩個針對文件系統(tǒng)對象的緩存(inode 和 dentry)。它們緩存最近使用過的文件系統(tǒng)對象。

　　每個文件系統(tǒng)實現(xiàn)(比如 ext2、JFS 等等)導出一組通用接口，供 VFS 使用。緩沖區(qū)緩存會緩存文件系統(tǒng)和相關塊設備之間的請求。例如，對底層設備驅動程序的讀寫請求會通過緩沖區(qū)緩存來傳遞。這就允許在其中緩存請求，減少訪問物理設備的次數(shù)，加快訪問速度。以最近使用(LRU)列表的形式管理緩沖區(qū)緩存。注意，可以使用 sync 命令將緩沖區(qū)緩存中的請求發(fā)送到存儲媒體(迫使所有未寫的數(shù)據(jù)發(fā)送到設備驅動程序，進而發(fā)送到存儲設備)。

　　這就是 VFS 和文件系統(tǒng)組件的高層情況�，F(xiàn)在，討論實現(xiàn)這個子系統(tǒng)的主要結構。

　　主要結構

　　Linux 以一組通用對象的角度看待所有文件系統(tǒng)。這些對象是超級塊(superblock)、inode、dentry 和文件。超級塊在每個文件系統(tǒng)的根上，超級塊描述和維護文件系統(tǒng)的狀態(tài)。文件系統(tǒng)中管理的每個對象(文件或目錄)在Linux中表示為一個 inode。inode 包含管理文件系統(tǒng)中的對象所需的所有元數(shù)據(jù)(包括可以在對象上執(zhí)行的操作)。另一組結構稱為 dentry，它們用來實現(xiàn)名稱和 inode 之間的映射，有一個目錄緩存用來保存最近使用的 dentry。dentry 還維護目錄和文件之間的關系，從而支持在文件系統(tǒng)中移動。最后，VFS 文件表示一個打開的文件(保存打開的文件的狀態(tài)，比如寫偏移量等等)。

　　基本的文件系統(tǒng)體系結構

　　Linux 文件系統(tǒng)體系結構是一個對復雜系統(tǒng)進行抽象化的有趣例子。通過使用一組通用的 API 函數(shù)，Linux 可以在許多種存儲設備上支持許多種文件系統(tǒng)。例如，read 函數(shù)調用可以從指定的文件描述符讀取一定數(shù)量的字節(jié)。read 函數(shù)不了解文件系統(tǒng)的類型，比如 ext3 或 NFS。它也不了解文件系統(tǒng)所在的存儲媒體，比如 AT Attachment Packet Interface(ATAPI)磁盤、Serial-Attached SCSI(SAS)磁盤或 Serial Advanced Technology Attachment(SATA)磁盤。但是，當通過調用 read 函數(shù)讀取一個文件時，數(shù)據(jù)會正常返回。本文講解這個機制的實現(xiàn)方法并介紹Linux文件系統(tǒng)層的主要結構。

　　什么是文件系統(tǒng)?

　　首先回答最常見的問題，“什么是文件系統(tǒng)”。文件系統(tǒng)是對一個存儲設備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進行組織的機制。由于定義如此寬泛，支持它的代碼會很有意思。正如前面提到的，有許多種文件系統(tǒng)和媒體。由于存在這么多類型，可以預料到Linux文件系統(tǒng)接口實現(xiàn)為分層的體系結構，從而將用戶接口層、文件系統(tǒng)實現(xiàn)和操作存儲設備的驅動程序分隔開。

　　掛裝

　　在Linux中將一個文件系統(tǒng)與一個存儲設備關聯(lián)起來的過程稱為掛裝(mount)。使用 mount 命令將一個文件系統(tǒng)附著到當前文件系統(tǒng)層次結構中(根)。在執(zhí)行掛裝時，要提供文件系統(tǒng)類型、文件系統(tǒng)和一個掛裝點。

　　為了說明Linux文件系統(tǒng)層的功能(以及掛裝的方法)，我們在當前文件系統(tǒng)的一個文件中創(chuàng)建一個文件系統(tǒng)。實現(xiàn)的方法是，首先用 dd 命令創(chuàng)建一個指定大小的文件(使用 /dev/zero 作為源進行文件復制)-- 換句話說，一個用零進行初始化的文件，見清單 1。

　　清單 1. 創(chuàng)建一個經過初始化的文件

　　1.$ dd if=/dev/zero of=file.img bs=1k count=10000

　　2.10000+0 records in

　　3.10000+0 records out

　　4.$

　　現(xiàn)在有了一個 10MB 的 file.img 文件。使用 losetup 命令將一個循環(huán)設備與這個文件關聯(lián)起來，讓它看起來像一個塊設備，而不是文件系統(tǒng)中的常規(guī)文件：

　　1.$ losetup /dev/loop0 file.img

　　2.$

　　這個文件現(xiàn)在作為一個塊設備出現(xiàn)(由 /dev/loop0 表示)。然后用 mke2fs 在這個設備上創(chuàng)建一個文件系統(tǒng)。這個命令創(chuàng)建一個指定大小的新的 ext2 文件系統(tǒng)，見清單 2。

　　清單 2. 用循環(huán)設備創(chuàng)建 ext2 文件系統(tǒng)

　　1.$ mke2fs -c /dev/loop0 10000

　　2.mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)