Linux 中允許眾多不同的文件系統(tǒng)共存，如 ext2， ext3， vfat 等。通過使用同一套文件 I/O 系統(tǒng) 調(diào)用即可對(duì) Linux 中的任意文件進(jìn)行操作而無需考慮其所在的具體文件系統(tǒng)格式；更進(jìn)一步，對(duì)文件的 操作可以跨文件系統(tǒng)而執(zhí)行。如圖 1 所示，我們可以使用 cp 命令從 vfat 文件系統(tǒng)格式的硬盤拷貝數(shù)據(jù)到 ext3 文件系統(tǒng)格式的硬盤；而這樣的操作涉及到兩個(gè)不同的文件系統(tǒng)。

“一切皆是文件”是 Unix/Linux 的基本哲學(xué)之一。不僅普通的文件，目錄、字符設(shè)備、塊設(shè)備、 套接字等在 Unix/Linux 中都是以文件被對(duì)待；它們雖然類型不同，但是對(duì)其提供的卻是同一套操作界面。

而虛擬文件系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)上述兩點(diǎn) Linux 特性的關(guān)鍵所在。虛擬文件系統(tǒng)（Virtual File System， 簡稱 VFS）， 是 Linux 內(nèi)核中的一個(gè)軟件層，用于給用戶空間的程序提供文件系統(tǒng)接口；同時(shí)，它也提供了內(nèi)核中的一個(gè) 抽象功能，允許不同的文件系統(tǒng)共存。系統(tǒng)中所有的文件系統(tǒng)不但依賴 VFS 共存，而且也依靠 VFS 協(xié)同工作。

為了能夠支持各種實(shí)際文件系統(tǒng)，VFS 定義了所有文件系統(tǒng)都支持的基本的、概念上的接口和數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)；同時(shí)實(shí)際文件系統(tǒng)也提供 VFS 所期望的抽象接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將自身的諸如文件、目錄等概念在形式 上與VFS的定義保持一致。換句話說，一個(gè)實(shí)際的文件系統(tǒng)想要被 Linux 支持，就必須提供一個(gè)符合VFS標(biāo)準(zhǔn) 的接口，才能與 VFS 協(xié)同工作。實(shí)際文件系統(tǒng)在統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下隱藏了具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，所以在VFS 層和內(nèi)核的其他部分看來，所有文件系統(tǒng)都是相同的。圖3顯示了VFS在內(nèi)核中與實(shí)際的文件系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系。

我們已經(jīng)知道，正是由于在內(nèi)核中引入了VFS，跨文件系統(tǒng)的文件操作才能實(shí)現(xiàn)，“一切皆是文件” 的口號(hào)才能承諾。而為什么引入了VFS，就能實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)特性呢？在接下來，我們將以這樣的一個(gè)思路來切入 文章的正題：我們將先簡要介紹下用以描述VFS模型的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，總結(jié)出這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相互間的關(guān)系；然后 選擇兩個(gè)具有代表性的文件I/O操作sys_open（）和sys_read（）來詳細(xì)說明內(nèi)核是如何借助VFS和具體的文件系統(tǒng)打 交道以實(shí)現(xiàn)跨文件系統(tǒng)的文件操作和承諾“一切皆是文件”的口號(hào)。

從本質(zhì)上講，文件系統(tǒng)是特殊的數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它包含文件、目錄和相關(guān)的控制信息。為了描述 這個(gè)結(jié)構(gòu)，Linux引入了一些基本概念：

文件 一組在邏輯上具有完整意義的信息項(xiàng)的系列。在Linux中，除了普通文件，其他諸如目錄、設(shè)備、套接字等 也以文件被對(duì)待?？傊?，“一切皆文件”。

目錄 目錄好比一個(gè)文件夾，用來容納相關(guān)文件。因?yàn)槟夸浛梢园幽夸?，所以目錄是可以層層嵌套，形?文件路徑。在Linux中，目錄也是以一種特殊文件被對(duì)待的，所以用于文件的操作同樣也可以用在目錄上。

目錄項(xiàng) 在一個(gè)文件路徑中，路徑中的每一部分都被稱為目錄項(xiàng)；如路徑/home/source/helloworld.c中，目錄 /， home， source和文件 helloworld.c都是一個(gè)目錄項(xiàng)。

索引節(jié)點(diǎn) 用于存儲(chǔ)文件的元數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文件的元數(shù)據(jù)，也就是文件的相關(guān)信息，和文件本身是兩個(gè)不同 的概念。它包含的是諸如文件的大小、擁有者、創(chuàng)建時(shí)間、磁盤位置等和文件相關(guān)的信息。

超級(jí)塊 用于存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。描述文件系統(tǒng)的狀態(tài)、文件系統(tǒng)類型、大小、區(qū)塊數(shù)、索引節(jié) 點(diǎn)數(shù)等，存放于磁盤的特定扇區(qū)中。

如上的幾個(gè)概念在磁盤中的位置關(guān)系如圖4所示。

關(guān)于文件系統(tǒng)的三個(gè)易混淆的概念：

創(chuàng)建 以某種方式格式化磁盤的過程就是在其之上建立一個(gè)文件系統(tǒng)的過程。創(chuàng)建文現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)在磁盤的特定位置寫入 關(guān)于該文件系統(tǒng)的控制信息。

注冊 向內(nèi)核報(bào)到，聲明自己能被內(nèi)核支持。一般在編譯內(nèi)核的時(shí)侯注冊；也可以加載模塊的方式手動(dòng)注冊。注冊過程實(shí) 際上是將表示各實(shí)際文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct file_system_type 實(shí)例化。

安裝 也就是我們熟悉的mount操作，將文件系統(tǒng)加入到Linux的根文件系統(tǒng)的目錄樹結(jié)構(gòu)上；這樣文件系統(tǒng)才能被訪問。

VFS依靠四個(gè)主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和一些輔助的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述其結(jié)構(gòu)信息，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得就像是對(duì)象； 每個(gè)主要對(duì)象中都包含由操作函數(shù)表構(gòu)成的操作對(duì)象，這些操作對(duì)象描述了內(nèi)核針對(duì)這幾個(gè)主要的對(duì)象可以進(jìn)行的操作。

存儲(chǔ)一個(gè)已安裝的文件系統(tǒng)的控制信息，代表一個(gè)已安裝的文件系統(tǒng)；每次一個(gè)實(shí)際的文件系統(tǒng)被安裝時(shí)， 內(nèi)核會(huì)從磁盤的特定位置讀取一些控制信息來填充內(nèi)存中的超級(jí)塊對(duì)象。一個(gè)安裝實(shí)例和一個(gè)超級(jí)塊對(duì)象一一對(duì)應(yīng)。 超級(jí)塊通過其結(jié)構(gòu)中的一個(gè)域s_type記錄它所屬的文件系統(tǒng)類型。

根據(jù)第三部分追蹤源代碼的需要，以下是對(duì)該超級(jí)塊結(jié)構(gòu)的部分相關(guān)成員域的描述，（如下同）：

struct super_block { //超級(jí)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

struct list_head s_list; /*指向超級(jí)塊鏈表的指針*/

……

struct file_system_type *s_type; /*文件系統(tǒng)類型*/

struct super_operations *s_op; /*超級(jí)塊方法*/

……

struct list_head s_instances; /*該類型文件系統(tǒng)*/

……

};

struct super_operations { //超級(jí)塊方法

……

//該函數(shù)在給定的超級(jí)塊下創(chuàng)建并初始化一個(gè)新的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象

struct inode *（*alloc_inode）（struct super_block *sb）;

……

//該函數(shù)從磁盤上讀取索引節(jié)點(diǎn)，并動(dòng)態(tài)填充內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象的剩余部分

void （*read_inode） （struct inode *）;

……

};

索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象存儲(chǔ)了文件的相關(guān)信息，代表了存儲(chǔ)設(shè)備上的一個(gè)實(shí)際的物理文件。當(dāng)一個(gè) 文件首次被訪問時(shí)，內(nèi)核會(huì)在內(nèi)存中組裝相應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象，以便向內(nèi)核提供對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行操 作時(shí)所必需的全部信息；這些信息一部分存儲(chǔ)在磁盤特定位置，另外一部分是在加載時(shí)動(dòng)態(tài)填充的。

struct inode {//索引節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

……

struct inode_operations *i_op; /*索引節(jié)點(diǎn)操作表*/

struct file_operations *i_fop; /*該索引節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)文件的文件操作集*/

struct super_block *i_sb; /*相關(guān)的超級(jí)塊*/

……

};

struct inode_operations { //索引節(jié)點(diǎn)方法

……

//該函數(shù)為dentry對(duì)象所對(duì)應(yīng)的文件創(chuàng)建一個(gè)新的索引節(jié)點(diǎn)，主要是由open（）系統(tǒng)調(diào)用來調(diào)用

int （*create） （struct inode *，struct dentry *，int， struct nameidata *）;

//在特定目錄中尋找dentry對(duì)象所對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)

struct dentry * （*lookup） （struct inode *，struct dentry *， struct nameidata *）;

……

};

引入目錄項(xiàng)的概念主要是出于方便查找文件的目的。一個(gè)路徑的各個(gè)組成部分，不管是目錄還是 普通的文件，都是一個(gè)目錄項(xiàng)對(duì)象。如，在路徑/home/source/test.c中，目錄 /， home， source和文件 test.c都對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄項(xiàng)對(duì)象。不同于前面的兩個(gè)對(duì)象，目錄項(xiàng)對(duì)象沒有對(duì)應(yīng)的磁盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，VFS在遍 歷路徑名的過程中現(xiàn)場將它們逐個(gè)地解析成目錄項(xiàng)對(duì)象。

struct dentry {//目錄項(xiàng)結(jié)構(gòu)

……

struct inode *d_inode; /*相關(guān)的索引節(jié)點(diǎn)*/

struct dentry *d_parent; /*父目錄的目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct qstr d_name; /*目錄項(xiàng)的名字*/

……

struct list_head d_subdirs; /*子目錄*/

……

struct dentry_operations *d_op; /*目錄項(xiàng)操作表*/

struct super_block *d_sb; /*文件超級(jí)塊*/

……

};

struct dentry_operations {

//判斷目錄項(xiàng)是否有效;

int （*d_revalidate）（struct dentry *， struct nameidata *）;

//為目錄項(xiàng)生成散列值;

int （*d_hash） （struct dentry *， struct qstr *）;

……

};

文件對(duì)象是已打開的文件在內(nèi)存中的表示，主要用于建立進(jìn)程和磁盤上的文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。它由sys_open（） 現(xiàn)場創(chuàng)建，由sys_close（）銷毀。文件對(duì)象和物理文件的關(guān)系有點(diǎn)像進(jìn)程和程序的關(guān)系一樣。當(dāng)我們站在用戶空間來看 待VFS，我們像是只需與文件對(duì)象打交道，而無須關(guān)心超級(jí)塊，索引節(jié)點(diǎn)或目錄項(xiàng)。因?yàn)槎鄠€(gè)進(jìn)程可以同時(shí)打開和操作 同一個(gè)文件，所以同一個(gè)文件也可能存在多個(gè)對(duì)應(yīng)的文件對(duì)象。文件對(duì)象僅僅在進(jìn)程觀點(diǎn)上代表已經(jīng)打開的文件，它 反過來指向目錄項(xiàng)對(duì)象（反過來指向索引節(jié)點(diǎn)）。一個(gè)文件對(duì)應(yīng)的文件對(duì)象可能不是惟一的，但是其對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)和 目錄項(xiàng)對(duì)象無疑是惟一的。

struct file {

……

struct list_head f_list; /*文件對(duì)象鏈表*/

struct dentry *f_dentry; /*相關(guān)目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct vfsmount *f_vfsmnt; /*相關(guān)的安裝文件系統(tǒng)*/

struct file_operations *f_op; /*文件操作表*/

……

};

struct file_operations {

……

//文件讀操作

ssize_t （*read） （struct file *， char __user *， size_t， loff_t *）;

……

//文件寫操作

ssize_t （*write） （struct file *， const char __user *， size_t， loff_t *）;

……

int （*readdir） （struct file *， void *， filldir_t）;

……

//文件打開操作

int （*open） （struct inode *， struct file *）;

……

};

根據(jù)文件系統(tǒng)所在的物理介質(zhì)和數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的組織方式來區(qū)分不同的文件系統(tǒng)類型的。 file_system_type結(jié)構(gòu)用于描述具體的文件系統(tǒng)的類型信息。被Linux支持的文件系統(tǒng)，都有且僅有一 個(gè)file_system_type結(jié)構(gòu)而不管它有零個(gè)或多個(gè)實(shí)例被安裝到系統(tǒng)中。

而與此對(duì)應(yīng)的是每當(dāng)一個(gè)文件系統(tǒng)被實(shí)際安裝，就有一個(gè)vfsmount結(jié)構(gòu)體被創(chuàng)建，這個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)應(yīng)一個(gè)安裝點(diǎn)。

struct file_system_type {

const char *name; /*文件系統(tǒng)的名字*/

struct subsystem subsys; /*sysfs子系統(tǒng)對(duì)象*/

int fs_flags; /*文件系統(tǒng)類型標(biāo)志*/

/*在文件系統(tǒng)被安裝時(shí)，從磁盤中讀取超級(jí)塊，在內(nèi)存中組裝超級(jí)塊對(duì)象*/

struct super_block *（*get_sb） （struct file_system_type*，

int， const char*， void *）;

void （*kill_sb） （struct super_block *）; /*終止訪問超級(jí)塊*/

struct module *owner; /*文件系統(tǒng)模塊*/

struct file_system_type * next; /*鏈表中的下一個(gè)文件系統(tǒng)類型*/

struct list_head fs_supers; /*具有同一種文件系統(tǒng)類型的超級(jí)塊對(duì)象鏈表*/

};

struct vfsmount

{

struct list_head mnt_hash; /*散列表*/

struct vfsmount *mnt_parent; /*父文件系統(tǒng)*/

struct dentry *mnt_mountpoint; /*安裝點(diǎn)的目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct dentry *mnt_root; /*該文件系統(tǒng)的根目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct super_block *mnt_sb; /*該文件系統(tǒng)的超級(jí)塊*/

struct list_head mnt_mounts; /*子文件系統(tǒng)鏈表*/

struct list_head mnt_child; /*子文件系統(tǒng)鏈表*/

atomic_t mnt_count; /*使用計(jì)數(shù)*/

int mnt_flags; /*安裝標(biāo)志*/

char *mnt_devname; /*設(shè)備文件名*/

struct list_head mnt_list; /*描述符鏈表*/

struct list_head mnt_fslink; /*具體文件系統(tǒng)的到期列表*/

struct namespace *mnt_namespace; /*相關(guān)的名字空間*/

};

struct files_struct {//打開的文件集

atomic_t count; /*結(jié)構(gòu)的使用計(jì)數(shù)*/

……

int max_fds; /*文件對(duì)象數(shù)的上限*/

int max_fdset; /*文件描述符的上限*/

int next_fd; /*下一個(gè)文件描述符*/

struct file ** fd; /*全部文件對(duì)象數(shù)組*/

……

};

struct fs_struct {//建立進(jìn)程與文件系統(tǒng)的關(guān)系

atomic_t count; /*結(jié)構(gòu)的使用計(jì)數(shù)*/

rwlock_t lock; /*保護(hù)該結(jié)構(gòu)體的鎖*/

int umask； /*默認(rèn)的文件訪問權(quán)限*/

struct dentry * root; /*根目錄的目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct dentry * pwd; /*當(dāng)前工作目錄的目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct dentry * altroot； /*可供選擇的根目錄的目錄項(xiàng)對(duì)象*/

struct vfsmount * rootmnt; /*根目錄的安裝點(diǎn)對(duì)象*/

struct vfsmount * pwdmnt; /*pwd的安裝點(diǎn)對(duì)象*/

struct vfsmount * altrootmnt;/*可供選擇的根目錄的安裝點(diǎn)對(duì)象*/

};

struct nameidata {

struct dentry *dentry; /*目錄項(xiàng)對(duì)象的地址*/

struct vfsmount *mnt; /*安裝點(diǎn)的數(shù)據(jù)*/

struct qstr last; /*路徑中的最后一個(gè)component*/

unsigned int flags; /*查找標(biāo)識(shí)*/

int last_type; /*路徑中的最后一個(gè)component的類型*/

unsigned depth; /*當(dāng)前symbolic link的嵌套深度，不能大于6*/

char *saved_names［MAX_NESTED_LINKS + 1］;/

/*和嵌套symbolic link 相關(guān)的pathname*/

union {

struct open_intent open; /*說明文件該如何訪問*/

} intent; /*專用數(shù)據(jù)*/

};

如上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不是孤立存在的。正是通過它們的有機(jī)聯(lián)系，VFS才能正常工作。如下的幾張圖是對(duì)它們之間的聯(lián)系的描述。

如圖5所示，被Linux支持的文件系統(tǒng)，都有且僅有一個(gè)file_system_type結(jié)構(gòu)而不管它有零個(gè)或多個(gè)實(shí)例被安裝到系統(tǒng) 中。每安裝一個(gè)文件系統(tǒng)，就對(duì)應(yīng)有一個(gè)超級(jí)塊和安裝點(diǎn)。超級(jí)塊通過它的一個(gè)域s_type指向其對(duì)應(yīng)的具體的文件系統(tǒng)類型。具體的 文件系統(tǒng)通過file_system_type中的一個(gè)域fs_supers鏈接具有同一種文件類型的超級(jí)塊。同一種文件系統(tǒng)類型的超級(jí)塊通過域 s_instances鏈 接。

從圖6可知：進(jìn)程通過task_struct中的一個(gè)域files_struct files來了解它當(dāng)前所打開的文件對(duì)象；而我們通常所說的文件 描述符其實(shí)是進(jìn)程打開的文件對(duì)象數(shù)組的索引值。文件對(duì)象通過域f_dentry找到它對(duì)應(yīng)的dentry對(duì)象，再由dentry對(duì)象的域d_inode找 到它對(duì)應(yīng)的索引結(jié)點(diǎn)，這樣就建立了文件對(duì)象與實(shí)際的物理文件的關(guān)聯(lián)。最后，還有一點(diǎn)很重要的是， 文件對(duì)象所對(duì)應(yīng)的文件操作函數(shù) 列表是通過索引結(jié)點(diǎn)的域i_fop得到的。圖6對(duì)第三部分源碼的理解起到很大的作用。

到目前為止，文章主要都是從理論上來講述VFS的運(yùn)行機(jī)制；接下來我們將深入源代碼層中，通過闡述兩個(gè)具有代表性的系統(tǒng) 調(diào)用sys_open（）和sys_read（）來更好地理解VFS向具體文件系統(tǒng)提供的接口機(jī)制。由于本文更關(guān)注的是文件操作的整個(gè)流程體制，所以我 們在追蹤源代碼時(shí)，對(duì)一些細(xì)節(jié)性的處理不予關(guān)心。又由于篇幅所限，只列出相關(guān)代碼。本文中的源代碼來自于linux-2.6.17內(nèi)核版本。

在深入sys_open（）和sys_read（）之前，我們先概覽下調(diào)用sys_read（）的上下文。圖7描述了從用戶空間的read（）調(diào)用到數(shù)據(jù)從 磁盤讀出的整個(gè)流程。當(dāng)在用戶應(yīng)用程序調(diào)用文件I/O read（）操作時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用sys_read（）被激發(fā)，sys_read（）找到文件所在的具體文件 系統(tǒng)，把控制權(quán)傳給該文件系統(tǒng)，最后由具體文件系統(tǒng)與物理介質(zhì)交互，從介質(zhì)中讀出數(shù)據(jù)。

sys_open（）系統(tǒng)調(diào)用打開或創(chuàng)建一個(gè)文件，成功返回該文件的文件描述符。圖8是sys_open（）實(shí)現(xiàn)代碼中主要的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖。

由于sys_open（）的代碼量大，函數(shù)調(diào)用關(guān)系復(fù)雜，以下主要是對(duì)該函數(shù)做整體的解析；而對(duì)其中的一些關(guān)鍵點(diǎn)，則列出其關(guān)鍵代碼。

a. 從sys_open（）的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖可以看到，sys_open（）在做了一些簡單的參數(shù)檢驗(yàn)后，就把接力棒傳給do_sys_open（）：

1）、首先，get_unused_fd（）得到一個(gè)可用的文件描述符；通過該函數(shù)，可知文件描述符實(shí)質(zhì)是進(jìn)程打開文件列表中對(duì)應(yīng)某個(gè)文件對(duì)象的索引值；

2）、接著，do_filp_open（）打開文件，返回一個(gè)file對(duì)象，代表由該進(jìn)程打開的一個(gè)文件；進(jìn)程通過這樣的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)物理文件進(jìn)行讀寫操作。

3）、最后，fd_install（）建立文件描述符與file對(duì)象的聯(lián)系，以后進(jìn)程對(duì)文件的讀寫都是通過操縱該文件描述符而進(jìn)行。

b. do_filp_open（）用于打開文件，返回一個(gè)file對(duì)象；而打開之前需要先找到該文件：

1）、open_namei（）用于根據(jù)文件路徑名查找文件，借助一個(gè)持有路徑信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)nameidata而進(jìn)行；

2）、查找結(jié)束后將填充有路徑信息的nameidata返回給接下來的函數(shù)nameidata_to_filp（）從而得到最終的file對(duì)象；當(dāng)達(dá)到目的后，nameidata這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將會(huì)馬上被釋放。

c.open_namei（）用于查找一個(gè)文件：

1）、path_lookup_open（）實(shí)現(xiàn)文件的查找功能；要打開的文件若不存在，還需要有一個(gè)新建的過程，則調(diào)用 path_lookup_create（），后者和前者封裝的是同一個(gè)實(shí)際的路徑查找函數(shù)，只是參數(shù)不一樣，使它們在處理細(xì)節(jié)上有所偏差；

2）、當(dāng)是以新建文件的方式打開文件時(shí)，即設(shè)置了O_CREAT標(biāo)識(shí)時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的索引節(jié)點(diǎn)，代表創(chuàng)建一個(gè)文件。在vfs_create（）里的一句 核心語句dir-》i_op-》create（dir， dentry， mode， nd）可知它調(diào)用了具體的文件系統(tǒng)所提供的創(chuàng)建索引節(jié)點(diǎn)的方法。注意：這邊的索引節(jié)點(diǎn)的概念，還只是位于內(nèi)存之中，它和磁盤上的物理的索引節(jié)點(diǎn)的關(guān)系就像 位于內(nèi)存中和位于磁盤中的文件一樣。此時(shí)新建的索引節(jié)點(diǎn)還不能完全標(biāo)志一個(gè)物理文件的成功創(chuàng)建，只有當(dāng)把索引節(jié)點(diǎn)回寫到磁盤上才是一個(gè)物理文件的真正創(chuàng) 建。想想我們以新建的方式打開一個(gè)文件，對(duì)其讀寫但最終沒有保存而關(guān)閉，則位于內(nèi)存中的索引節(jié)點(diǎn)會(huì)經(jīng)歷從新建到消失的過程，而磁盤卻始終不知道有人曾經(jīng)想 過創(chuàng)建一個(gè)文件，這是因?yàn)樗饕?jié)點(diǎn)沒有回寫的緣故。

3）、path_to_nameidata（）填充nameidata數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

4）、may_open（）檢查是否可以打開該文件；一些文件如鏈接文件和只有寫權(quán)限的目錄是不能被打開的，先檢查 nd-》dentry-》inode所指的文件是否是這一類文件，是的話則錯(cuò)誤返回。還有一些文件是不能以TRUNC的方式打開的，若 nd-》dentry-》inode所指的文件屬于這一類，則顯式地關(guān)閉TRUNC標(biāo)志位。接著如果有以TRUNC方式打開文件的，則更新 nd-》dentry-》inode的信息

不管是path_lookup_open（）還是path_lookup_create（）最終都是調(diào)用 __path_lookup_intent_open（）來實(shí)現(xiàn)查找文件的功能。 查找時(shí)，在遍歷路徑的過程中，會(huì)逐層地將各個(gè)路徑組成部分解析成目錄項(xiàng)對(duì)象，如果此目錄項(xiàng)對(duì)象在目錄項(xiàng)緩存中，則直接從緩存中獲得；如果該目錄項(xiàng)在緩存中 不存在，則進(jìn)行一次實(shí)際的讀盤操作，從磁盤中讀取該目錄項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)。得到索引節(jié)點(diǎn)后，則建立索引節(jié)點(diǎn)與該目錄項(xiàng)的聯(lián)系。如此循環(huán)，直到最終找到目 標(biāo)文件對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)，也就找到了索引節(jié)點(diǎn)，而由索引節(jié)點(diǎn)找到對(duì)應(yīng)的超級(jí)塊對(duì)象就可知道該文件所在的文件系統(tǒng)的類型。 從磁盤中讀取該目錄項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)；這將引發(fā)VFS和實(shí)際的文件系統(tǒng)的一次交互。從前面的VFS理論介紹可知，讀索引節(jié)點(diǎn)方法是由超級(jí)塊來提供的。而 當(dāng)安裝一個(gè)實(shí)際的文件系統(tǒng)時(shí)，在內(nèi)存中創(chuàng)建的超級(jí)塊的信息是由一個(gè)實(shí)際文件系統(tǒng)的相關(guān)信息來填充的，這里的相關(guān)信息就包括了實(shí)際文件系統(tǒng)所定義的超級(jí)塊的 操作函數(shù)列表，當(dāng)然也就包括了讀索引節(jié)點(diǎn)的具體執(zhí)行方式。 當(dāng)繼續(xù)追蹤一個(gè)實(shí)際文件系統(tǒng)ext3的ext3_read_inode（）時(shí)，可發(fā)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)很重要的一個(gè)工作就是為不同的文件類型設(shè)置不同的索引節(jié)點(diǎn)操 作函數(shù)表和文件操作函數(shù)表。

void ext3_read_inode（struct inode * inode）

{

……

//是普通文件

if （S_ISREG（inode-》i_mode）） {

inode-》i_op = &ext3_file_inode_operations;

inode-》i_fop = &ext3_file_operations;

ext3_set_aops（inode）;

} else if （S_ISDIR（inode-》i_mode）） {

//是目錄文件

inode-》i_op = &ext3_dir_inode_operations;

inode-》i_fop = &ext3_dir_operations;

} else if （S_ISLNK（inode-》i_mode）） {

// 是連接文件

……

} else {

// 如果以上三種情況都排除了，則是設(shè)備驅(qū)動(dòng)

//這里的設(shè)備還包括套結(jié)字、FIFO等偽設(shè)備

……

}

這是VFS與實(shí)際的文件系統(tǒng)聯(lián)系的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。從3.1.1小節(jié)分析中可知，調(diào)用實(shí)際文件系統(tǒng)讀取索引節(jié)點(diǎn)的方法讀取索引節(jié)點(diǎn)時(shí)，實(shí)際文件系統(tǒng)會(huì)根據(jù)文件 的不同類型賦予索引節(jié)點(diǎn)不同的文件操作函數(shù)集，如普通文件有普通文件對(duì)應(yīng)的一套操作函數(shù)，設(shè)備文件有設(shè)備文件對(duì)應(yīng)的一套操作函數(shù)。這樣當(dāng)把對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn) 的文件操作函數(shù)集賦予文件對(duì)象，以后對(duì)該文件進(jìn)行操作時(shí)，比如讀操作，VFS雖然對(duì)各種不同文件都是執(zhí)行同一個(gè)read（）操作界面，但是真正讀時(shí)，內(nèi)核 卻知道怎么區(qū)分對(duì)待不同的文件類型。

static struct file *__dentry_open（struct dentry *dentry， struct vfsmount *mnt，

int flags， struct file *f，

int （*open）（struct inode *， struct file *））

{

struct inode *inode;

……

//整個(gè)函數(shù)的工作在于填充一個(gè)file對(duì)象

……

f-》f_mapping = inode-》i_mapping;

f-》f_dentry = dentry;

f-》f_vfsmnt = mnt;

f-》f_pos = 0;

//將對(duì)應(yīng)的索引節(jié)點(diǎn)的文件操作函數(shù)集賦予文件對(duì)象的操作列表

f-》f_op = fops_get（inode-》i_fop）;

……

//若文件自己定義了open操作，則執(zhí)行這個(gè)特定的open操作。

if （！open && f-》f_op）

open = f-》f_op-》open;

if （open） {

error = open（inode， f）;

if （error）

goto cleanup_all;

……

return f;

}

sys_read（）系統(tǒng)調(diào)用用于從已打開的文件讀取數(shù)據(jù)。如read成功，則返回讀到的字節(jié)數(shù)。如已到達(dá)文件的尾端，則返回0。圖9是sys_read（）實(shí)現(xiàn)代碼中的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖。

對(duì)文件進(jìn)行讀操作時(shí)，需要先打開它。從3.1小結(jié)可知，打開一個(gè)文件時(shí)，會(huì)在內(nèi)存組裝一個(gè)文件對(duì)象，希望對(duì)該文件執(zhí)行的操作方法已在文件對(duì)象設(shè)置好。所以 對(duì)文件進(jìn)行讀操作時(shí)，VFS在做了一些簡單的轉(zhuǎn)換后（由文件描述符得到其對(duì)應(yīng)的文件對(duì)象；其核心思想是返回 current-》files-》fd［fd］所指向的文件對(duì)象），就可以通過語句 file-》f_op-》read（file， buf， count， pos）輕松調(diào)用實(shí)際文件系統(tǒng)的相應(yīng)方法對(duì)文件進(jìn)行讀操作了。

到此，我們也就能夠解釋在Linux中為什么能夠跨文件系統(tǒng)地操作文件了。舉個(gè)例子，將vfat格式的磁盤上的一個(gè)文件a.txt拷貝到ext3格式的磁 盤上，命名為b.txt。這包含兩個(gè)過程，對(duì)a.txt進(jìn)行讀操作，對(duì)b.txt進(jìn)行寫操作。讀寫操作前，需要先打開文件。由前面的分析可知，打開文件 時(shí)，VFS會(huì)知道該文件對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)格式，以后操作該文件時(shí)，VFS會(huì)調(diào)用其對(duì)應(yīng)的實(shí)際文件系統(tǒng)的操作方法。所以，VFS調(diào)用vfat的讀文件方法將 a.txt的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存；在將a.txt在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)映射到b.txt對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間后，VFS調(diào)用ext3的寫文件方法將b.txt寫入磁盤；從而 實(shí)現(xiàn)了最終的跨文件系統(tǒng)的復(fù)制操作。

不論是普通的文件，還是特殊的目錄、設(shè)備等，VFS都將它們同等看待成文件，通過同一套文件操作界面來對(duì)它們進(jìn)行操作。操作文件時(shí)需先打開；打開文件 時(shí)，VFS會(huì)知道該文件對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)格式；當(dāng)VFS把控制權(quán)傳給實(shí)際的文件系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際的文件系統(tǒng)再做出具體區(qū)分，對(duì)不同的文件類型執(zhí)行不同的操作。這 也就是“一切皆是文件”的根本所在。

VFS即虛擬文件系統(tǒng)是Linux文件系統(tǒng)中的一個(gè)抽象軟件層；因?yàn)樗闹С?，眾多不同的?shí)際文件系統(tǒng)才能在Linux中共存，跨文件系統(tǒng)操作才能實(shí)現(xiàn)。 VFS借助它四個(gè)主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)、目錄項(xiàng)和文件對(duì)象以及一些輔助的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，向Linux中不管是普通的文件還是目錄、設(shè)備、套接字等 都提供同樣的操作界面，如打開、讀寫、關(guān)閉等。只有當(dāng)把控制權(quán)傳給實(shí)際的文件系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際的文件系統(tǒng)才會(huì)做出區(qū)分，對(duì)不同的文件類型執(zhí)行不同的操作。由此 可見，正是有了VFS的存在，跨文件系統(tǒng)操作才能執(zhí)行，Unix/Linux中的“一切皆是文件”的口號(hào)才能夠得以實(shí)現(xiàn)。