第2节Linux的文件系统的结构.ppt

1、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,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.unused 5.X11-(图形界面） 6.reboot-(重新启动）,linux文件系统目录布局,To comply with FSSTND(File System STaNDard): / - first of mount point in linux /etc - keep linux

2、 default configuration /boot - keep important linux booting files(can be a separate file system) /bin - Essential command binaries for both root and ord. users /sbin - Essential system binaries for administrator /dev - keep all device files /usr - keep all user binary and X library /home - keep user

3、 home directory /proc - is pseudo file system for tracking running process and state of linux system /var - keeping mail, log file and printer spooling /lib - contain shared library that is required by system program /tmp - contain system temporary file /opt - Add-on application software packages,UN

4、IX文件系统文件类型,Directory - catalogue of file name Normal file - format of data source file text file Symbolic link - a pointer to another file Special file - use for device controller in kernel Named pipe - communication channel which can be used by serveral processes(may be irrelevant) in order to exch

5、ange data,硬链接（Hard Link）,rootlocalhost link# ls -l total 1 -rw-r-r- 1 root root 667 Oct 15 13:39 a rootlocalhost link# ln a b rootlocalhost link# ls -l total 2 -rw-r-r- 2 root root 667 Oct 15 13:39 a -rw-r-r- 2 root root 667 Oct 15 13:39 b rootlocalhost link# rm a rm: remove a? y rootlocalhost link#

6、 ls -l total 1 -rw-r-r- 1 root root 667 Oct 15 13:39 b,符号链接（Symbolic link）,rootlocalhost symlink# ls -l total 1 -rw-r-r- 1 root root 667 Oct 15 13:39 a rootlocalhost symlink# ln -s a b rootlocalhost symlink# ls -l total 1 -rw-r-r- 1 root root 667 Oct 15 13:39 a lrwxrwxrwx 1 root root 1 Oct 15 14:20

7、b - a rootlocalhost yy# rm a rm: remove a? y rootlocalhost symlink# ls -l total 0 lrwxrwxrwx 1 root root 1 Oct 15 14:20 b - a rootlocalhost symlink# cat b cat: b: No such file or directory,VFS(Virtual FileSystem)的作用,Virtual File System,Ext2,Ext3,.,Buffer Cache,Device Driver,Process Control Subsystem

8、,System Call Interface,User Programs,Inter-process communication,Scheduler,Memory management,Hardware,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

9、.h*/ atomic_t d_count; unsigned int d_flags; struct inode * d_inode; /* Where the name belongs to - NULL is negative */ struct dentry * d_parent;/* parent directory */ struct list_head d_hash;/* lookup hash list */ struct list_head d_lru;/* d_count = 0 LRU list */ struct list_head d_child;/* child o

10、f parent list */ struct list_head d_subdirs;/* our children */ struct list_head d_alias;/* inode alias list */ 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

11、d_vfs_flags; void * d_fsdata;/* fs-specific data */ unsigned char d_inameDNAME_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_s

12、truct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_

13、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_

14、systems,file_system_type,file_system_type,file_system_type,文件系统的安装（mount）,/,bin,etc,dev,usr,Root filesystem,/usr filesystem,Complete hierarchy after mounting /usr,/,bin,man,lib,/,bin,etc,dev,usr,usr,bin,man,lib,文件系统的安装（mount）,安装点dentry,已安装文件系统的描述,static LIST_HEAD(vfsmntlist); struct vfsmount struct

15、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, anch

16、ored 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,vfsmntlist,vfsmount,super_block,file_system_type,file_systems,路径查找,系统调用open、mkdir、ren

17、ame、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 struct nameidata /*include/linux/fs.h*/ struct dentry *dentry;/*找到的dentry指针*/ struct vfsmount *mnt;/*找到的文件所在文件系统*/ struct qstr last; unsigned int flags; int last_type;,ext2文件系统,支持UNIX所有标准

18、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

19、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 inode,ext2_inode_info （在include/linux/ext2_fs_i.h） struct ext2_inode_info _u32 i_data15; _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; _u3

20、2 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 a freshly allocated inode */ ;,外存中的ext2 inode,struct ext2_inode（在include/linux/ext2_fs.h） 内、外存inode的读写： ext2_read_inode() ex

21、t2_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inode write()调用generic_file_write()写数据入缓冲区，如果是同步写（

22、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） Kjournald5s Reiserfs,