Linux内核设计与实现 - 第13章 虚拟文件系统（VFS）

1. VFS概述

• 设计目标：为不同文件系统提供统一接口
• 核心思想：抽象所有文件系统共性操作
• 关键特性：
  • 支持多种文件系统共存
  • 提供一致的文件操作API
  • 实现高效的目录缓存机制

2. VFS核心数据结构

2.1 超级块（super_block）

struct super_block {struct list_head    s_list;     /* 超级块链表 */const struct super_operations *s_op; /* 操作函数表 */struct dentry       *s_root;    /* 根目录dentry */// ...
};

2.2 索引节点（inode）

• 文件元信息存储结构
• 包含文件权限、大小、时间戳等

2.3 目录项（dentry）

• 目录项缓存（dcache）机制
• 路径名到inode的快速映射

2.4 文件对象（file）

struct file {struct path         f_path;const struct file_operations *f_op;loff_t             f_pos;// ...
};

3. VFS操作接口

3.1 文件系统操作

• mount()/umount()
• statfs()获取文件系统统计信息

3.2 文件操作

• open()/read()/write()/close()
• mmap()内存映射操作

3.3 目录操作

• mkdir()/rmdir()
• getdents()读取目录项

4. 文件系统注册与挂载

1. register_filesystem()注册文件系统类型
2. mount_bdev()挂载块设备文件系统
3. 典型挂载流程示例：

struct file_system_type ext4_fs_type = {.owner = THIS_MODULE,.name = "ext4",.mount = ext4_mount,.kill_sb = kill_block_super,
};

5. 性能优化机制

• 页缓存（Page Cache）：加速文件读写
• dcache优化：路径名解析加速
• 预读机制：提高顺序读性能

6. 实验环节

• 编写简单文件系统模块
• 分析dcache命中率统计
• 使用strace跟踪VFS系统调用