3.1 Linux文件系统整体架构简介

文件系统是Linux内核四大子系统（进程管理、内存管理、文件系统和网络栈）之一，文件系统的地位可见不一般。为了便于理解具体的文件系统，下面先介绍一下Linux文件系统的整体架构，如图3-1所示，在具体文件系统（如Ext2、Ext4和XFS等）与应用程序之间有一层抽象层，称为虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）。

由图3-1可以看出，该架构的核心是VFS。VFS提供了一个文件系统框架，本地文件系统可以基于VFS实现，其主要做了如下几方面的工作。

（1）VFS作为抽象层为应用层提供了统一的接口（read、write和chmod等）。

（2）在VFS中实现了一些公共的功能，如inode缓存（Inode Cache）和页缓存（Page Cache）等。

（3）规范了具体文件系统应该实现的接口。

图3-1 Linux文件系统的整体架构

基于上述设定，其他具体的文件系统只需要按照VFS的约定实现相应的接口及内部逻辑，并注册在系统中，就可以完成文件系统的功能了。

在Linux中，在格式化磁盘后需要通过mount命令将其挂载到系统目录树的某个目录下面，这个目录被称为挂载点（mount point）。完成挂载后，我们就可以使用基于该文件系统格式化的磁盘空间了。在Linux中，挂载点几乎可以是任意目录，但为了规范化，挂载点通常是mnt目录下的子目录。

图3-2所示为一个相对比较复杂的Linux目录树。在该Linux目录树中，根文件系统为Ext3文件系统，而在mnt目录下又有ext4_test和xfs_test两个子目录，并且分别挂载了Ext4文件系统和XFS文件系统。

图3-2 Linux目录树

在Linux目录树中，多个文件系统的关系是由内核中的一些数据结构表示的。在进行文件系统挂载时会建立文件系统之间的关系，并且注册具体文件系统的API。当用户态调用打开文件的API时，会找到对应的文件系统API，并关联到文件相关的结构体（如file和inode等）。

上面的描述比较抽象，大家可能还是有点不太明白。不要着急，在后面的章节中，我们会结合代码更加详细地介绍VFS及如何实现对多种文件系统的支持。