Linux文件系统概述二

VFS-目录项对象(dentry)

• 每个文件除了有一个索引节点 inode 数据结构外，还有一个目录项 dentry 数据结构

• dentry 结构代表的是逻辑意义上的文件，描述的是文件逻辑上的属性，目录项对象在磁盘上并没有对应的映像

• inode 结构代表的是物理意义上的文件，记录的是物理上的属性 对于一个具体的文件，系统 其 inode 结构在磁盘上就有对应的映像

• 一个索引节点对象可能对应多个目录项对象

VFS-文件对象（file)

• 进程是通过文件描述符来访问文件的

　　By convention, UNIX System shells associate file descriptor 0 with the standard
input of a process, file descriptor 1 with the standard output, and file descriptor 2 with
the standard error. This convention is used by the shells and many applications; it is
not a feature of the UNIX kernel. Nevertheless, many applications would break if these
associations weren’t followed.
　　Although their values are standardized by POSIX.1, the magic numbers 0, 1, and
should be replaced in POSIX-compliant applications with the symbolic constants
STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO, and STDERR_FILENO to improve readability.
These constants are defined in the <unistd.h> header.
　　File descriptors range from 0 through OPEN_MAX−1. (Recall Figure 2.11.) Early
historical implementations of the UNIX System had an upper limit of 19, allowing a
maximum of 20 open files per process, but many systems subsequently increased this
limit to 63.

• Linux 中专门用了一个 file 文件对象来保存打开文件的文件位置，这个对象称为打开的文件描述 open file description
• 文件描述符是用来描述打开的文件的 。 每个进程用一个 files_struct 结构来记录文件描述符的使用情况，这个 files_struct 结构称为用户打开文件表， 它是进程的私有数据
• file 结构中主要保存了文件位置，还把指向该文件索引节点的指针也放在其中 。file 结构形成一个双链表，称为系统打开文件表 。

　　　

　　　

• 超级块是对一个文件系统的描述

　　查看超级块的命令：DUMPE2FS  （dumpe2fs - dump ext2/ext3/ext4 filesystem information）

DUMPE2FS(8)                           System Manager's Manual                           DUMPE2FS(8)

NAME
       dumpe2fs - dump ext2/ext3/ext4 filesystem information

SYNOPSIS
       dumpe2fs [ -bfghixV ] [ -o superblock=superblock ] [ -o blocksize=blocksize ] device

DESCRIPTION
       dumpe2fs  prints  the super block and blocks group information for the filesystem present on
       device.

       Note: When used with a mounted filesystem, the printed information may be old  or  inconsis‐
       tent.

OPTIONS
       -b     print the blocks which are reserved as bad in the filesystem.

       -o superblock=superblock
              use  the  block superblock when examining the filesystem.  This option is not usually
              needed except by a filesystem wizard who is examining the remains  of  a  very  badly
              corrupted filesystem.

       -o blocksize=blocksize
              use blocks of blocksize bytes when examining the filesystem.  This option is not usu‐
              ally needed except by a filesystem wizard who is examining  the  remains  of  a  very
              badly corrupted filesystem.
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至于DUMPE2FS(8)， 8是什么意思呢？
The  table below shows the section numbers of the manual followed by the types of pages they
       contain.

       1   Executable programs or shell commands
       2   System calls (functions provided by the kernel)
       3   Library calls (functions within program libraries)
       4   Special files (usually found in /dev)
       5   File formats and conventions eg /etc/passwd
       6   Games
       7   Miscellaneous (including macro packages and conventions), e.g. man(7), groff(7)
       8   System administration commands (usually only for root)（系统管理命令）
       9   Kernel routines [Non standard]

~$ df -Th	# 只可以查看已经挂载的分区和文件系统类型。
Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
udev           devtmpfs  888M     0  888M   0% /dev
tmpfs          tmpfs     184M  6.0M  178M   4% /run
/dev/vda1      ext4       50G  4.5G   43G  10% /
tmpfs          tmpfs     917M   24K  917M   1% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
tmpfs          tmpfs     917M     0  917M   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs          tmpfs     184M     0  184M   0% /run/user/500

#dumpe2fs /dev/loop0 	【-h不打印Group信息】

dumpe2fs 1.42.9 (网上示例仅供参照)
Filesystem volume name:   <none>
Last mounted on:          <not available>    最后挂载目录
Filesystem UUID:          cef5f647-058f-49bd-88c6-baf3ce2338a0
Filesystem magic number:  0xEF53    ext4文件系统标志
Filesystem revision #:    1 (dynamic)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery extent 64bit flex_bg sparse_super huge_file uninit_bg dir_nlink extra_isize
Filesystem flags:         signed_directory_hash
Default mount options:    user_xattr acl
Filesystem state:         clean
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              25688		文件系统inode号总数，由系统决定但可以指定比例
Block count:              102400	文件系统block总数，==容量/默认的1KB
Reserved block count:     5120		保留的block总数，默认比例为5%
Free blocks:              93504		空闲的block总数，
Free inodes:              25677		空闲的inode总数
First block:              1             第一个block号
Block size:               1024          block大小
Fragment size:            1024
Group descriptor size:    64            块组描述大小
Reserved GDT blocks:      256           预留块组描述block数量
Blocks per group:         8192          块组中block数量
Fragments per group:      8192
Inodes per group:         1976		块组中inode数量==25688/13
Inode blocks per group:   247		块组中inode占用block总数
Flex block group size:    16		inode表大小？
Filesystem created:       Tue Nov 27 13:26:27 2018
Last mount time:          Tue Nov 27 13:28:39 2018
Last write time:          Tue Nov 27 13:28:39 2018
Mount count:              1             挂载次数
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Tue Nov 27 13:26:27 2018
Check interval:           0 (<none>)
Lifetime writes:          4447 kB
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11            文件系统的第一个inode号
Inode size:	          	  128            inode大小
Journal inode:            8             日志文件inode号
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      45d2f9d4-714a-4ccf-9c9d-308d12552317
Journal backup:           inode blocks
Journal features:         journal_64bit
日志大小:             	  4096k
Journal length:           4096
Journal sequence:         0x00000002
Journal start:            1

Group 0: (Blocks 1-8192) [ITABLE_ZEROED]
  Checksum 0x0229, unused inodes 1965
  主 superblock at 1, Group descriptors at 2-2
  保留的GDT块位于 3-258
  Block bitmap at 259 (+258), Inode bitmap at 275 (+274)
  Inode表位于 291-537 (+290)
  4683 free blocks, 1965 free inodes, 2 directories, 1965个未使用的inodes
  可用块数: 3510-8192
  可用inode数: 12-1976

• 索引节点是对一个文件物理属性的描述

　　 　　索引节点（Inode）查看命令： stat  <file>

• 目录项是对一个文件逻辑属性的描述

• 一个进程所处的位置是由 fs_struct 来描述的，而一个进程 或用户 打开的文件是由
  files_struct 来描述的，而整个系统所打开的文件是由 file 结构来描述

• VFS-数据结构之间的关系

　　　　

　　文件系统的注册和注销

• 当内核被编译时 就已经确定了可以支持哪些文件系统，这些文件系统在系统引导时在 VFS 中进行注册 。
• VFS 的初始化函数用来向 VFS 注册，即填写文件注册表 file_system_type 数据结构
• 注册调用 register_filesystem 函数
• 注销即删除一个 file_system_type 结构，需调用 unregister_filesystem() 函数

　文件系统的安装

• 安装一个文件系统实际上是安装一个物理设备

• 自己（ 一般是超级用户 ）安装文件系统时 需要指定三种信息：文件系统的名称 、 包含
  文件系统的物理块设备 、 文件系统在已有文件系统中的安装点 。

• mount  -t  iso9660  /dev/hdc  /mnt/cdrom 其中 iso9660 是光驱文件系统的名称，
   /dev/hdc 是包含文件系统的物理块设备 ，/mnt/cdrom 就是将要安装到的目录，即安装点 。

• 在用户程序中要安装一个文件系统则可以调用 mount 系统调用 。 安装过程主要工作
  是创建安装点对象，将其挂接到根文件系统的指定安装点下，然后初始化超级块对象，从而
  获得文件系统基本信息和相关的操作 。

　文件系统的安装

• 如果文件系统中的文件当前正在使用 该文件系统是不能被卸载的

• 否则，查看对应的 VFS 超级块，如果该文件系统的 VFS 超级块标志为 脏，则必须将超级块信息写回磁盘

• 之后，对应的 VFS 超级块被释放，vfsmount 数据结构将从 vfsmntlist 链表中断开并被释放

• 具体的实现代码为 fs/super.c 中的 sys_umount 函数