Linux内核设备驱动之虚拟文件系统笔记整理

/********************
 * 虚拟文件系统VFS
 ********************/

(1)VFS介绍

虚拟文件系统VFS作为内核的子系统，为用户空间程序提供了文件系统的相关接口。

VFS使得用户可以直接使用open()等系统调用而无需考虑具体文件系统和实际物理介质。

VFS提供了一个通用的文件系统模型，该模型囊括了我们所能想到的文件系统的常用功能和行为。通过这个抽象层，就可以实现利用通用接口对所有类新的文件系统进行操作。

a.调用模型

write(): 用户空间 -->

sys_write(): VFS -->

文件系统的写方法: 文件系统 -->

物理介质

(2)VFS采用的主要对象

VFS采用了面向对象的思路，采用一组数据结构来代表通用的文件对象。

这些结构体在包含数据的同时也包含了操作这些数据的指针。

VFS中包括了四个主要的对象类型。

a.超级块对象super_block

所有文件系统都必须实现超级块，该对象用于存储特定文件系统的信息，通常存储在磁盘的特定扇区中，每个文件系统只有一个超级块。

对于不基于磁盘的文件系统，比如基于内存的文件系统sysfs，linux会在使用现场创建超级块并将其保存到内存中。

超级块的结构体为super_block，定义在<linux/fs.h>。

超级块的操作方法结构体为super_operations，也定义在fs.h中。

创建、管理和销毁超级块对象的代码位于/fs/super.c。

在文件系统安装时，内核会调用alloc_super()函数从磁盘读取文件系统超级块，并将其信息填充到内存中的超级块对象中。

b.索引节点对象inode

索引节点对象包含了内核在操作文件或目录是需要的全部信息，如文件的访问控制权限，大小，拥有者，创建时间等。

系统把这些信息存储在一个单独的数据结构中，称为索引节点。

一个文件在内存中只有一个索引节点对象，特殊文件(比如管道和设备文件)也有其对应的索引节点。

inode结构体定义在<linux/fs.h>，其对应的操作函数结构体为inode_operations

c.目录项对象dentry

每个目录项对象代表一个路径中的特定部分，比如路径/bin/vi，/、bin和vi都属于目录项对象。

目录项对象没有对应的磁盘结构，VFS根据字符串形式的路径名现场创建。每个文件只对应一个dentry对象。

dentry结构体定义在<linux/dcache.h>中，对应的目录项操作函数结构体dentry_operations也定义在<linux/dcache.h>中。

d.文件对象file

文件对象表示进程已经打开的文件。这个对象在open的时候创建，在close的时候销毁。

因为多个进程可以同时打开和操作一个文件，所以一个文件可能在内存中有多个file对象。

文件对象由file结构体表示，定义在<linux/fs.h>中。file对象的操作函数结构体为file_operations，定义在<linux/fs.h>中。

这个函数集非常重要，其中包括了对文件的实际操作函数，用户空间调用write，最终会调用到file_operations里的write。

我们要实现一个char类型的字符设备，也就是要实现file_operations中支持的函数。

总结