linux基础知识-linux的文件系统

Linux的文件系统课程目标：►操作系统的运行级别►文件系统架构►设备管理Linux文件系统//bin/sbin/usr/var/etc/lib/home/tmp/optbinlocalsrcrc.dnamedhttpdrc5.dftprc3.dinit.dbinetcpubLinux各分区功能/boot系统启动过程中使用的文件/usr分区，系统存放软件的地方/home分区，是用户的home目录所在地，/var/log分区，是系统日志记录分区/tmp分区，用来存放临时文件/dev分区，存放设备文件。/opt分区，存放可选的安装的软件。/sbin分区，存放标准系统管理文件。/bin分区，存放标准系统实用程序。/etc目录，存放系统配置文件/lib分区,存放程序库各种各样的文件系统Linux的七个运行级别和含义0.halt(关机）1.single(单用户）2.multiuser,without

NFS

（多用户）3.Full

multiuser

mode（完全多用户）4.unused5.X11(图形界面）6.reboot(重新启动）文件类型普通文件文本文件二进制文件可执行程序，声音，图像文件目录文件链接文件硬链接软链接特殊文件特殊文件设备文件/dev/ttys1：标准终端/dev/hda：第一块IDE硬盘管道文件例：用户使用lp打印一个文件时，lp建立打印进程并向一个管道发送信息硬链接（Hard

Link）[root@localhost

link]#

ls

-ltotal

1-rw-r--r--

1

root

root667

Oct

15

13:39

a[root@localhost

link]#

ln

a

b[root@localhost

link]#

ls

-ltotal

2-rw-r--r--

2

root-rw-r--r--

2

rootrootroot667

Oct

15

13:39

a667

Oct

15

13:39

b[root@localhost

link]#

rm

arm:

remove

`a"?

y[root@localhost

link]#

ls

-ltotal

1-rw-r--r--

1

root

root667

Oct

15

13:39

binode/root/linkab符号链接（Symbolic

link）[root@localhost

symlink]#

ls

-ltotal

1-rw-r--r--

1

root

root

667

Oct

15

13:39

a[root@localhost

symlink]#

ln

-s

a

b[root@localhost

symlink]#

ls

-ltotal

1-rw-r--r--

1

rootlrwxrwxrwx

1

rootrootroot667

Oct

15

13:39

a1

Oct

15

14:20

b

->

a[root@localhost

yy]#

rm

arm:

remove

`a"?

y[root@localhost

symlink]#

ls

-ltotal

0lrwxrwxrwx

1

root

root 1

Oct

15

14:20

b

->

a[root@localhost

symlink]#

cat

bcat:

b:

No

such

file

or

directoryinode/root/linkabVFS(Virtual

FileSystem)的作用Virtual

File

SystemExt2

Ext3...Buffer

CacheDevice

DriverSubsystemUser

ProgramsSystem

Call

InterfaceInter-processcommunicationProcess

ControlSchedulerMemorymanagementHardware基于VFS的文件访问VFS的目录项（dentry）VFS的dentry定义在include/linux/dcache.h中为了加快文件的查找，每一个曾被读取的目录或文件都可能在目录高速缓存（directory

cache）中有一个dentry项；

dentry描述了目录与文件的关系树。VFS的目录项（dentry）struct

dentry

{

/*include/linux/dcache.h*/atomic_t

d_count;unsigned

int

d_flags;struct

inode

*

d_inode;

/*

Where

the

name

belongs

to

-

NULL

is

negative

*//*

parent

directory

*//*

lookup

hash

list

*//*

d_count

=

0

LRU

list

*//*

child

of

parent

list

*//*

our

children

*//*

inode

alias

list

*/struct

dentry

*

d_parent;struct

list_head

d_hash;struct

list_head

d_lru;struct

list_head

d_child;struct

list_head

d_subdirs;struct

list_head

d_alias;int

d_mounted;struct

qstr

d_name;unsigned

long

d_time;/*

used

by

d_revalidate

*/struct

dentry_operations

*d_op;struct

super_block

*

d_sb;

/*

The

root

of

the

dentry

tree

*/unsigned

long

d_vfs_flags;void

*

d_fsdata;

/*

fs-specific

data

*/unsigned

char

d_iname[DNAME_INLINE_LEN];

/*

small

names

*/};打开文件表linux系统运行期间维护一张以struct

file

（在include/linux/fs.h中）作为节点的双向链表（系统打开文件表）。表头由first_file给出。struct

file

*first_file

=

NULL;

/*

fs/file_table.c

*/·对于每个进程，struct

task_struct中的files指向的files_struct结构中有一个fd指针数组，即维护一张进程打开文件表。数组元素即是指向系统打开文件表中某一节点的指针。VFS重要数据结构·files_struct

（在sched.h）；·file

（在fs.h）；·dentry

（在dcache.h）；·superblock（在fs.h）；·inode

（在fs.h）文件系统类型static

struct

file_system_type

*file_systems

=(struct

file_system_type

*)

NULL;struct

file_system_type

{struct

super_block

*(*read_super)();/*读出该文件系统在外存的super_block

*/const

char

*name;/*文件系统的类型名*/int

requires_dev;/*支持文件系统的设备*/struct

file_system_type

*

next;/*文件系统类型链表的后续指针*/};文件系统注册与注销文件系统类型的注册和注销函数int

register_filesystem(struct

file_system_type

*

fs)int

unregister_filesystem(struct

file_system_type

*

fs)file_systemsfile_system_typefile_system_typefile_system_type文件系统的安装（mount）/binusrdev

etcRoot

filesystem/usr

filesystemComplete

hierarchy

after

mounting

/usrbin/lib

man/binetcdevusrbinmanlib文件系统的安装（mount）安装点dentryrootd_mounted!=0i_sb下挂文件系统安装点vfsmountmnt_mountpointmnt_root已安装文件系统的描述static

LIST_HEAD(vfsmntlist);struct

vfsmount{struct

list_head

mnt_hash;struct

vfsmount

*mnt_parent;

/*

fs

we

are

mounted

on

*/struct

dentry

*mnt_mountpoint;

/*

dentry

of

mountpoint

*/struct

dentry

*mnt_root;

/*

root

of

the

mounted

tree

*/struct

super_block

*mnt_sb;

/*

pointer

to

superblock

*/struct

list_head

mnt_mounts;

/*

list

of

children,

anchored

here

*/struct

list_head

mnt_child;

/*

and

going

through

their

mnt_child*/atomic_t

mnt_count;int

mnt_flags;char

*mnt_devname;

/*

Name

of

device

e.g.

/dev/dsk/hda1

*/struct

list_head

mnt_list;};已安装文件系统的描述s_typemnt_sbvfsmntlistvfsmountmnt_sbsuper_blockfile_system_typefile_systems路径查找系统调用open、mkdir、rename、stat等要查找路径open_namei()path_init()path_walk()link_path_walk();返回时，struct

nameidata中的dentry和mnt标识找到的文件或目录/*include/linux/fs.h*//*找到的dentry指针*//*找到的文件所在文件系统*/struct

nameidata

{

struct

dentry

*dentry;struct

vfsmount

*mnt;struct

qstr

last;unsigned

int

flags;int

last_type;};ext2文件系统支持UNIX所有标准的文件系统特征，包括正文、目录、设备文件和连接文件等，这使得它很容易被UNIX程序员接受。事实上，

ext2的绝大多数的数据结构和系统调用与经典的UNIX一致能够管理海量存储介质。支持多达4TB的数据，即一个分区的容量最大可达4TB支持长文件名，最多可达255个字符，并且可扩展到1012个字符允许通过文件属性改变内核的行为；目录下的文件继承目录的属性支持文件系统数据“即时同步”特性，即内存中的数据一旦改变，立即更新硬盘上的数据使之一致实现了“快速连接”（fast

symbolic

links）的方式，使得连接文件只需要存放inode的空间允许用户定制文件系统的数据单元（block）的大小，可以是1024、2048或4096个字节，使之适应不同环境的要求使用专用文件记录文件系统的状态和错误信息，供下一次系统启动时决定是否需要检查文件系统ext2体系结构内存中的ext2

inodeext2_inode_info

（在include/linux/ext2_fs_i.h）struct

ext2_inode_info

{

u32

i

data[15];

u32

i

flags;

u32

i

faddr;

u8

i

frag

no;

u8

i

frag

size;

u16

i

osync;

u32

i

file

acl;

u32

i

dir

acl;

u32

i

dtime;

u32

i

block

group;

u32

i

next

alloc

block;

u32

i

next

alloc

goal;

u32

i

prealloc

block;

u32

i

prealloc

count;

u32

i

dir

start

lookup;int

i_new_inode:1;

/*Is

afreshlyallocated

inode

*/};外存中的ext2

inodestruct

ext2_inode（在include/linux/ext2_fs.内、外存inode的读写：

ext2_read_inode()ext2_update_inode()Ext2_inode文件读写read()和write()int

read(int

fd,

void

*buf，size_t

nbytes)；int

write(int

fd,

void

*buf，size_t

nbytes)；read()调用generic_file_read()，再调用do_generic_file_read()读入内核缓冲区，然后调用

file_read_actor()将读入内容传入用户空间。最后调用

update_atime()修改inodewrite()调用generic_file_write()写数据入缓冲区，如果是同步写（O_SYNC置位），则调用generic_osync_inode()将缓冲区中数据写入磁盘文件。直接读写（read、write时将O_DIRECT置位） generic_file_read()先读page

cache generic_file_write()先写入缓冲区

generic_file_direct_IO()直接读写（self-caching）ext3文件系统日志文件系统（journaling

file

system)利用数据库的日志技术（log,checkpoint）3种日志方式：journal,ordered,writeback日志记录在/.journal中（隐藏的文件）Kjournald—5sReiserfsproc文件系统/proc：一个虚