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 2
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