003 虚拟文件系统VFS基本数据结构

Linux支持多种文件系统，这些具体的文件系统并不是直接都挂载到系统中的，实际上是按需挂载的，这些文件系统只有挂载到系统中，VFS才能够真正管理起来，否则如果只是注册，不会产生任何文件系统实例。

文件系统挂载（安装）后，将会产生多个数据结构实例，挂载过程实际上就是构造这些数据结构实例的过程。Linux在文件系统的设计中，汲取了Unix的设计思想，抽象出四个基本数据结构：超级块(super_block)，索引节点(inode)，目录项(directory entry)和文件对象(file)

一、基本数据结构

超级块（super_block）：存放系统中已挂载文件系统的有关信息，同一个文件系统如果被挂载多次，将会产生多份超级块实例

索引节点（inode，index node）: 存放具体文件的一般信息，同时归集了文件的操作表，通过inode可以访问文件属性，操作具体文件

目录项（dentry，directory entry）：文件目录树的组成部分，不管是目录还是普通的文件，都是一个目录项对象，目录项只有内存结构，它是文件树的缓存，通过目录项可以快速找到索引节点

文件（file）：存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息

数据结构（fs.h、dcache.h）	主要内容	结构说明
超级块（super_block）	存放系统中已挂载文件系统的有关信息：文件系统类型s_type 超级块方法：s_op 超级块链表指针：s_list 该类型的超级块列表指针：s_instance	1）超级块用来描述整个文件系统的信息，每个具体的文件系统都有各自的超级块 2）超级块物理结构，一般是文件系统的第一个block 3）超级块是各种具体文件系统在安装时建立的，并在卸载时被自动删除 4）所有超级块对象以双向环形链表的形式链接在一起 5）与超级块关联的方法就是超级块操作表，这些操作是由数据结构super_operations来描述
索引节点（inode）	索引节点对象存储了文件的一般信息，代表了存储设备上的一个实际的物理文件：编号i_ino 所属用户i_uid 用户组i_gid atime ctime mtime 对应的超级块i_sb 操作表i_op	1）当一个文件首次被访问时，内核会组装相应的索引节点对象，以便向内核提供对一个文件进行操作时所必需的全部信息； 2）inode信息一部分存储在磁盘特定位置（存储结构），一部分是在加载时动态填充的，所以inode要占用存储空间（内存结构）。
目录项（dentry）	文件目录树的组成部分，不管是目录还是普通的文件，都是一个目录项对象，便于索引节点的查找：文件名d_name 父目录项d_parent 父目录的子项d_child 当前目录子目录d_subdirs 操作表d_op 对应的索引节点d_inode 对应的超级块：d_sb	1）引入目录项的概念主要是出于方便查找文件的目的。 2）一个路径的各个组成部分，不管是目录还是普通的文件，都是一个目录项对象。 3）目录项没有对应的磁盘数据结构，所以不占用存储空间，VFS在遍历路径时，现场将它们逐个地解析成目录项对象，放到内存中管理。
文件（file）	文件对象是已打开的文件在内存中的表示，主要用于建立进程和磁盘上的文件的对应关系: 文件信息f_path包含两部分1）对应的文件系统vfsmount mnt 2）对应的目录项dentry dentry 操作表：f_op	1）文件对象它由sys_open()现场创建，由sys_close()销毁。 2）文件对象和物理文件的关系有点像进程和程序的关系一样。 3）当我们站在用户空间来看待VFS，我们只需与文件对象打交道，而无须关心超级块，索引节点或目录项。 4）因为多个进程可以同时打开和操作同一个文件，所以同一个文件也可能存在多个对应的文件对象。 5）一个文件对应的文件对象可能不是惟一的，但是其对应的索引节点和目录项对象是惟一的。