linux下虚拟文件系统介绍

super block里有一个字段是用来记录一组的函式，这个字段的型别是super_operations。这个结构在Kernel 2.2.1里包含了11个函式指针。这些指针是要让VFS来呼叫的。因此，这是VFS和档案系统之间的一个接口，经由这层接口，super block可以控制档案系统底下的档案或目录。

struct super_operations *s_op;

在super_block结构里，s_op就是用来记录这一组的函式。这组函式必须由写档案系统的人来提供。底下我们就来看看super_operations里各个函式应该要提供什么样的功能。

struct super_operations {

void (*read_inode) (struct inode *); void (*write_inode) (struct inode *); void (*put_inode) (struct inode *); void (*delete_inode) (struct inode *);

int (*notify_change) (struct dentry *，struct iattr *); void (*put_super) (struct super_block *); void (*write_super) (struct super_block *);

int (*statfs) (struct super_block *，struct statfs *，int); int (*remount_fs) (struct super_block *，int *，char *); void (*clear_inode) (struct inode *);

void (*umount_begin) (struct super_block *); };

不知各位有没有发现，在这11个函式里，居然没有一个函式是用来读super block的。其实也没什么好奇怪的，因为读取super block的函式早在注册档案系统时就要给了，要不然，是谁把super block读出来。因此，我们可以发现super_operations里只有write_super()，

put_super()等等，而没有 read_super()。以下就分别来讨论各个函式应该提供什么样的功能，如果你想自己写一个档案系统，这部分可是很重要的喔。 · write_super(sb)

故名思义，这个函式主要就是用来将sb这个super block写到磁盘上的。在正常情况下，write_super()应该要检查sb->s_dirt是否为True，只有当s_dirt为True 时才将super block写回disk里。当然，我想这部分主要还是看各个档案系统是如何的implement，但是，记得write_super()最后应该要将 s_dirt设为0，表示这个super block不再是dirty。还有一件事，就是write_super()应该要检查档案系统是否被mount成只读(检查sb-> s_flags&MS_RDONLY)，或档案系统本身就是只读，像iso9660档案系统，在这种情况下，由于系统是只读，所以，系统设计者可以不提供write_super()或让write_super()不做事。 · put_super(sb)

当档案系统被umount时，VFS就会呼叫档案系统的put_super()。所以，put_super()要做的事就是将super block所配置的buffer释放掉。此外，一般来讲，如果档案系统是写成module的话，通常在put_super()也会呼叫 MOD_DEC_USE_COUNT将module的reference count减一。至于MOD_INC_USE_COUNT则是应该在read_super()时做的。除此之外，有点要注意，有的人会认为 put_super()应该要将sb释放掉，但是，根据Kernel 2.2.1版的原始码看来，这部分的工作是由VFS来做的。(所谓释放掉并不是呼叫kfree()将super block所占的内存释放，而是将

sb->s_dev设成0而已。VFS会自动将s_dev为0的super block视为空的，而拿来重复使用。) · read_inode(inode)

我想大家看名字就知道了，read_inode()就是去读一个inode，并将它放到传过来的inode结构里。在VFS里，read_inode()只会被 get_new_inode()呼叫，而get_new_inode()又只会被iget()呼叫，所以，事实上，当我们去看Kernel的原始码的时候，我们不会看到直接呼叫read_inode()的情形出现，通常是呼叫iget()传回所要的inode。有的人会有疑问，read_inode() 怎么知道要读那一个inode出来呢? 很简单，在呼叫read_inode()之前，VFS会先在inode结构里填入一些资料，以让read_inode()得知要读那个inode。在 VFS里，它会填入以下的值:

inode->i_sb = sb;

inode->i_dev = sb->s_dev; inode->i_ino = ino; inode->i_flags = 0; inode->i_count = 1;

inode->i_state = I_LOCK;

当然，在你自己写的read_inode()里是不会用到这么多资料的，会用到的大概只有i_sb，i_no这两个而已。其实，就跟super block结构一样，inode结构也有一个字段是用来放档案系统自己认为需要的资料，这个字段通常也是在read_inode()中做的，除此之外， read_inode()最重要的一件事就是填入i_op这个字段，这个字段也是一组的函式，这组的函式是用来运作inode的。底下这些程序代码是从 Ext2档案系统的ext2_read_inode()中取出的，它们就是用来填i_op这个字段。

else if (S_ISREG(inode->i_mode))

inode->i_op = &ext2_file_inode_operations; else if (S_ISDIR(inode->i_mode))

inode->i_op = &ext2_dir_inode_operations; else if (S_ISLNK(inode->i_mode))

inode->i_op = &ext2_symlink_inode_operations; else if (S_ISCHR(inode->i_mode))

inode->i_op = &chrdev_inode_operations; else if (S_ISBLK(inode->i_mode))

inode->i_op = &blkdev_inode_operations; · write_inode(inode)

write_inode()要做的事就是将inode写回disk。 · put_inode(inode)

put_inode()是跟read_inode()是相对的。基本上，呼叫一次read_inode()就应该呼叫一次put_inode()。但是，在Kernel中，

put_inode()跟read_inode()一样是不会直接被使用的。put_inode()只有在iput()中会被呼叫，iget()根据super block以及inode number以取得inode结构，而iput()则是iget()的相反，用iget()取得的inode应该用iput()释放掉。其实，inode 结构里有一个i_count的字段，这是用来记录这个inode的reference count，所以，当我们取得inode时，应该对i_count加1，而在释放inode时则应该将i_count减1，但是，很幸运的，iget() 和iput()已经帮我们做好这件事，我们不用在

read_inode()和put_inode()中做了。那put_node()应该做什么呢? 它不用将inode中所配置的内存释放掉，因为这件事应该要在inode的reference count等于0而hard link的个数等于0的时候做，VFS会自动帮我们呼叫适当的函式。put_inode()所做的事是根据档案系统而有不同的需求，像在Ext2中就是将 inode的prealloc的block释放掉。但切记，尽管呼叫put_inode()之后，inode->i_count不见得就会变成0，有可能有别的行程在使用这个inode，所以，put_inode()做的事不应该防碍别的行程对此inode的运作。 · delete_inode(inode)

delete_inode()做的事当然就是将inode删除掉啰。之前说过，当inode的reference count等于0时，VFS会开始将inode所占的内存释放掉。但是，如果这个时候hard link的个数也是0的时候，VFS就会呼叫delete_inode()将inode()从disk上删除掉。所以，user所提供的 delete_inode()要做的事就是把disk上关于这个inode的资料以及档案系统自己本身所配置的东西删除掉。至于释放掉inode所占的内存则交由VFS来做吧。 · clear_inode(inode)

这个函式是用来将inode结构里的信息清除。档案系统应该只清除自己加在上面的资料，其余的部分应交由VFS来做。在Kernel里，是不会直接呼叫s_op-> clear_inode()的，VFS提供一个函式也叫

clear_inode()，它会呼叫s_op->clear_inode()。所以，如果有需要用到clear_inode()应该呼叫VFS提供的clear_inode()而不是s_op->clear_inode()。

· statfs(sb，statfs，size)

这个函式是用来取得档案系统的统计资料，statfs，fstatfs，和ustat这几个系统呼叫其实都是直接呼叫statfs来将传入的 statfs结构填满，档案系统本身的统计资料本来就只有档案系统自己最清楚，所以，statfs()由super block来提供也是最为适当。 · remount_fs(sb，flags，options)

当一个档案系统已经被mount之后，如果我们想改变mount时所给予给的参数，可以执行mount这个命令，并在其-o参数后加入remount就可以了。基本上，remount所造成的参数改变VFS会帮我们做好，只是，为了怕参数的改变会对档案系统本身造成行为上的改变，所以，当user要求 remount时，VFS会再呼叫叫s_op->remount_fs()以告诉档案系统user要改变mount的参数，如果档案系统本身有需要的话，可以在

remount_fs()里做适当的调整，如果觉得不需要，那甚至可以不用提供这个函式让VFS使用。 · umount_begin(sb)

不知道各位有没有遇到过样的情形，当我们在某个档案系统中时，如果我们正在读写一个档案，可是由于某种不知名的原因，造成

segmentation fault或是什么。结果当我们要将档案系统umount时，系统却告诉我们device is busy，所以无法umount。因此，新版的umount支持一个选项叫强迫性的umount，在上面这种没办法正常umount系统的情况下，就可以使用强迫性的umount。但是，事实上，VFS虽然有提供这样的功能，但是还是得要底层的档案系统支持才行。支持的方式是底层的档案系统要提供 umount_begin()这个函式才行。要不然，尽管VFS支持，强迫性的umount仍然是做不到。老实说，umount_begin()要做什么我也不太清楚，因为好象没什么档案系统有提供这个函式。不过，根据VFS的原始码来看，它的工作应该是要把档案系统内部的state设回正常情况才对，其它的事就不用做了，交给VFS就对了。 · notify_change(dentry，attr)

在很多情况下，我们会对一个档案或目录的inode做出改变。比方说，我们可以对某个档案呼叫utime()改变这个档案的access time，或者是可以呼叫truncate()把档案的长度减短，这些系统呼叫都会改变档案的inode的属性。有的人会想到，那我们直接把inode拿来改改就好了嘛，何必提供这么个函式呢? 没错，VFS是的确把inode拿来改一改，但是，我们有说过，VFS做的事是属于全部档案系统所共同的部分，而档案系统之间的差异性，必须由各个档案系统提供函式来做。因此，万一使用者改了某个跟档案系统有很大关系的属性时，档案系统本身必须被告知才行。因此，notify_change()就是VFS 告知档案系统的接口。跟上面很多函式一样，档案系统的notify_change()并不会直接被呼叫，s_op->notify_change ()是被包装在VFS函式里，这个函式也叫

notify_change()，它做的事就是把inode里的字段做user所要求的改变，并呼叫档案所属的档案系统的notify_change()。可以改变的属性是放在一个叫iattr结构里。

struct iattr {

unsigned int ia_valid; umode_t ia_mode; uid_t ia_uid; gid_t ia_gid; off_t ia_size; time_t ia_atime; time_t ia_mtime; time_t ia_ctime;

unsigned int ia_attr_flags; };

这个结构的宣告可以在里找到。ia_valid这个字段用来描述底下这几个字段那些是要改变的，ia_mode指的是新的权限，ia_uid为使用者 id，ia_gid为群组id，ia_size是档案大小，ia_atime是access time，ia_mtime为modification time，ia_ctime是creation time，ia_valid的值可以是底下这几个常数的OR值。

#define ATTR_MODE 1

#define ATTR_UID 2 #define ATTR_GID 4 #define ATTR_SIZE 8 #define ATTR_ATIME 16 #define ATTR_MTIME 32 #define ATTR_CTIME 64

#define ATTR_ATIME_SET 128 #define ATTR_MTIME_SET 256 #define ATTR_FORCE 512

#define ATTR_ATTR_FLAG 1024

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