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Linux文件系統(tǒng)掛裝與高層體系結(jié)構(gòu)
Windows XP高昂的價(jià)格和升級收費(fèi)政策使更多企業(yè)和個(gè)人用戶轉(zhuǎn)向自由開放的Linux操作系統(tǒng)，目標(biāo)雇主群會迅速增長。下面是小編整理的關(guān)于Linux文件系統(tǒng)掛裝與高層體系結(jié)構(gòu)，希望大家認(rèn)真閱讀!
文件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
既然已經(jīng)看到了文件系統(tǒng)的構(gòu)造方法，現(xiàn)在就看看Linux文件系統(tǒng)層的體系結(jié)構(gòu)。本文從兩個(gè)角度考察Linux文件系統(tǒng)。首先采用高層體系結(jié)構(gòu)的角度。然后進(jìn)行深層次討論，介紹實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)層的主要結(jié)構(gòu)。
高層體系結(jié)構(gòu)
盡管大多數(shù)文件系統(tǒng)代碼在內(nèi)核中(后面討論的用戶空間文件系統(tǒng)除外)，但是圖 1 所示的體系結(jié)構(gòu)顯示了用戶空間和內(nèi)核中與文件系統(tǒng)相關(guān)的主要組件之間的關(guān)系。
圖 1.Linux文件系統(tǒng)組件的體系結(jié)構(gòu)
用戶空間包含一些應(yīng)用程序(例如，文件系統(tǒng)的使用者)和 GNU C 庫(glibc)，它們?yōu)槲募到y(tǒng)調(diào)用(打開、讀取、寫和關(guān)閉)提供用戶接口。系統(tǒng)調(diào)用接口的作用就像是交換器，它將系統(tǒng)調(diào)用從用戶空間發(fā)送到內(nèi)核空間中的適當(dāng)端點(diǎn)。
VFS 是底層文件系統(tǒng)的主要接口。這個(gè)組件導(dǎo)出一組接口，然后將它們抽象到各個(gè)文件系統(tǒng)，各個(gè)文件系統(tǒng)的行為可能差異很大。有兩個(gè)針對文件系統(tǒng)對象的緩存(inode 和 dentry)。它們緩存最近使用過的文件系統(tǒng)對象。
每個(gè)文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(比如 ext2、JFS 等等)導(dǎo)出一組通用接口，供 VFS 使用。緩沖區(qū)緩存會緩存文件系統(tǒng)和相關(guān)塊設(shè)備之間的請求。例如，對底層設(shè)備驅(qū)動程序的讀寫請求會通過緩沖區(qū)緩存來傳遞。這就允許在其中緩存請求，減少訪問物理設(shè)備的次數(shù)，加快訪問速度。以最近使用(LRU)列表的形式管理緩沖區(qū)緩存。注意，可以使用 sync 命令將緩沖區(qū)緩存中的請求發(fā)送到存儲媒體(迫使所有未寫的數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備驅(qū)動程序，進(jìn)而發(fā)送到存儲設(shè)備)。
這就是 VFS 和文件系統(tǒng)組件的高層情況�，F(xiàn)在，討論實(shí)現(xiàn)這個(gè)子系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。
主要結(jié)構(gòu)
Linux 以一組通用對象的角度看待所有文件系統(tǒng)。這些對象是超級塊(superblock)、inode、dentry 和文件。超級塊在每個(gè)文件系統(tǒng)的根上，超級塊描述和維護(hù)文件系統(tǒng)的狀態(tài)。文件系統(tǒng)中管理的每個(gè)對象(文件或目錄)在Linux中表示為一個(gè) inode。inode 包含管理文件系統(tǒng)中的對象所需的所有元數(shù)據(jù)(包括可以在對象上執(zhí)行的操作)。另一組結(jié)構(gòu)稱為 dentry，它們用來實(shí)現(xiàn)名稱和 inode 之間的映射，有一個(gè)目錄緩存用來保存最近使用的 dentry。dentry 還維護(hù)目錄和文件之間的關(guān)系，從而支持在文件系統(tǒng)中移動。最后，VFS 文件表示一個(gè)打開的文件(保存打開的文件的狀態(tài)，比如寫偏移量等等)。
基本的文件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
Linux 文件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行抽象化的有趣例子。通過使用一組通用的 API 函數(shù)，Linux 可以在許多種存儲設(shè)備上支持許多種文件系統(tǒng)。例如，read 函數(shù)調(diào)用可以從指定的文件描述符讀取一定數(shù)量的字節(jié)。read 函數(shù)不了解文件系統(tǒng)的類型，比如 ext3 或 NFS。它也不了解文件系統(tǒng)所在的存儲媒體，比如 AT Attachment Packet Interface(ATAPI)磁盤、Serial-Attached SCSI(SAS)磁盤或 Serial Advanced Technology Attachment(SATA)磁盤。但是，當(dāng)通過調(diào)用 read 函數(shù)讀取一個(gè)文件時(shí)，數(shù)據(jù)會正常返回。本文講解這個(gè)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法并介紹Linux文件系統(tǒng)層的主要結(jié)構(gòu)。
什么是文件系統(tǒng)?
首先回答最常見的問題，“什么是文件系統(tǒng)”。文件系統(tǒng)是對一個(gè)存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織的機(jī)制。由于定義如此寬泛，支持它的代碼會很有意思。正如前面提到的，有許多種文件系統(tǒng)和媒體。由于存在這么多類型，可以預(yù)料到Linux文件系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)為分層的體系結(jié)構(gòu)，從而將用戶接口層、文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和操作存儲設(shè)備的驅(qū)動程序分隔開。
掛裝
在Linux中將一個(gè)文件系統(tǒng)與一個(gè)存儲設(shè)備關(guān)聯(lián)起來的過程稱為掛裝(mount)。使用 mount 命令將一個(gè)文件系統(tǒng)附著到當(dāng)前文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中(根)。在執(zhí)行掛裝時(shí)，要提供文件系統(tǒng)類型、文件系統(tǒng)和一個(gè)掛裝點(diǎn)。
為了說明Linux文件系統(tǒng)層的功能(以及掛裝的方法)，我們在當(dāng)前文件系統(tǒng)的一個(gè)文件中創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)的方法是，首先用 dd 命令創(chuàng)建一個(gè)指定大小的文件(使用 /dev/zero 作為源進(jìn)行文件復(fù)制)-- 換句話說，一個(gè)用零進(jìn)行初始化的文件，見清單 1。
清單 1. 創(chuàng)建一個(gè)經(jīng)過初始化的文件
1.$ dd if=/dev/zero of=file.img bs=1k count=10000
2.10000+0 records in
3.10000+0 records out
4.$
現(xiàn)在有了一個(gè) 10MB 的 file.img 文件。使用 losetup 命令將一個(gè)循環(huán)設(shè)備與這個(gè)文件關(guān)聯(lián)起來，讓它看起來像一個(gè)塊設(shè)備，而不是文件系統(tǒng)中的常規(guī)文件：
1.$ losetup /dev/loop0 file.img
2.$
這個(gè)文件現(xiàn)在作為一個(gè)塊設(shè)備出現(xiàn)(由 /dev/loop0 表示)。然后用 mke2fs 在這個(gè)設(shè)備上創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)。這個(gè)命令創(chuàng)建一個(gè)指定大小的新的 ext2 文件系統(tǒng)，見清單 2。
清單 2. 用循環(huán)設(shè)備創(chuàng)建 ext2 文件系統(tǒng)
1.$ mke2fs -c /dev/loop0 10000
2.mke2fs 1.35 (28-Feb-2004)
3.max_blocks 1024000, rsv_groups = 1250, rsv_gdb = 39
4.Filesystem label=
5.OS type: Linux
6.Block size=1024 (log=0)
7.Fragment size=1024 (log=0)
8.2512 inodes, 10000 blocks
9.500 blocks (5.00%) reserved for the super user
10....
11.$
使用 mount 命令將循環(huán)設(shè)備(/dev/loop0)所表示的 file.img 文件掛裝到掛裝點(diǎn) /mnt/point1。注意，文件系統(tǒng)類型指定為 ext2。掛裝之后，就可以將這個(gè)掛裝點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)新的文件系統(tǒng)，比如使用 ls 命令，見清單 3。
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