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虚拟文件系统 VFS

news 来源：原创 2025/5/6 12:23:37

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虚拟文件系统 VFS

文件系统挂载过程

虚拟文件系统 VFS

  1. 统一标准的系统调用接口：

    • VFS定义了一组标准的文件操作API，如open(), read(), write(), close()等，使得用户空间的应用程序无需关心底层文件系统的具体类型。

  2. 下层文件系统必须实现的函数功能：

    • 为了与VFS兼容，每个具体的文件系统都必须实现一组标准的函数，这些函数对应于VFS提供的文件操作接口。

  3. vnode（虚拟节点）：

    • 每当文件被打开时，VFS会在内存中创建一个vnode结构，它是一个通用的文件表示。vnode包含了文件系统的相关信息，如文件类型、访问权限、文件大小等。

  4. 函数功能指针：

    • vnode结构中包含了一组函数指针，这些指针指向具体文件系统实现的函数。当VFS接收到文件操作请求时，它会通过这些指针调用相应文件系统的具体实现。

文件系统挂载过程

  1. 注册新挂载的文件系统：

    • 当一个新的文件系统（如插入U盘后识别的文件系统）需要挂载到操作系统中时，它必须在VFS中进行注册。这通常涉及到更新内存中的挂载表，该表记录了系统中所有已挂载文件系统的信息。

  2. 提供函数地址列表：

    • 新挂载的文件系统需要向VFS提供一个函数地址列表，这些地址对应于该文件系统实现的VFS标准函数。这样，VFS就可以通过这些函数与新的文件系统交互。

  3. 挂载到挂载点：

    • 挂载点是一个已存在的目录，新文件系统将被“附加”到这个目录下。挂载操作会将新文件系统的根目录与挂载点目录链接起来，使得用户可以通过挂载点访问新文件系统中的文件。

以下是文件系统挂载的步骤：

识别文件系统类型

  • 超级块检查：操作系统在挂载文件系统时，首先会读取存储设备的超级块（Superblock）。超级块包含了文件系统的类型、块大小、inode数量等关键信息。通过分析这些信息，操作系统可以确定文件系统的类型，如EXT4、NTFS、FAT32等。

  • 其他元数据：除了超级块，操作系统可能还会检查其他元数据，如文件系统签名或特定的文件系统标识符，以确保正确识别文件系统类型。

创建挂载点

  • 选择目录：挂载点是文件系统中的一个目录，新文件系统将挂载到这个目录下。用户或系统管理员需要选择一个合适的现有目录作为挂载点。

  • 目录状态：挂载点目录应该是空的，或者至少在挂载新文件系统时不应该被其他进程使用，以避免数据冲突或损坏。

执行挂载操作

  • 调用挂载函数：操作系统提供了挂载函数（如mount()系统调用），该函数会被调用以执行挂载操作。挂载函数需要提供文件系统的类型、设备文件（如磁盘分区）、挂载点等信息。

  • 关联文件系统：挂载函数会将新文件系统的根目录与挂载点目录链接起来，使得用户可以通过挂载点访问新文件系统中的文件和目录。

更新文件系统表

  • 文件系统表：操作系统维护一个文件系统表，该表记录了所有已挂载文件系统的信息，包括它们的挂载点、文件系统类型、设备文件等。

  • 更新记录：在挂载操作成功完成后，文件系统表会被更新，以包含新挂载的文件系统的信息。这样，操作系统就可以正确地管理所有的文件系统，并允许用户和应用程序通过统一的文件系统接口访问它们。

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