Linux檔案子系統（ VFS）的初始化
目錄
概述
Linux世界中一切都是檔案，Linux檔案子系統VFS(Virtual Filesystem)為使用者提供了檔案和檔案系統的相關介面，系統中所有檔案系統依賴VFS來協同工作。Linux的 檔案包含兩部分目錄和檔案，一般採用樹狀的結構進行組織，如：
│ ├── Desktop │ │ └── JProfiler.desktop │ ├── develop │ │ ├── busybox │ │ │ ├── applets │ │ │ │ ├── applets.c │ │ │ │ ├── applets.o │ │ │ │ ├── applet_tables │ │ │ │ ├── applet_tables.c │ │ │ │ ├── built-in.o
路徑字串：
/home/dw/readme.txt
表示一個名稱為readme.txt 的檔案，它在目錄/home/dw中。在這裡目錄和檔案看起來屬於不同的例項，但首先明確一下，在linux中目錄也屬於檔案，它可以列出其中所包含的所有檔案，它也可以執行檔案操作。
檔案的描述
檔案的組成：
1. 檔案
1. 檔案的相關資訊（建立時間，擁有者等也稱為元資料inode）
2. 檔案本身
2. 檔案系統的控制資訊
VFS為了描述為了描述檔案，在VFS系統中使用了對應的四種物件：
• 超級塊物件
• 索引節點物件
• 目錄物件
• 檔案物件
其中在大多linux系統中超級塊物件會儲存在磁碟的特定扇區否則會在使用現場建立
VFS系統的資料型別
| 資料型別 |
描述 |
|---|---|
| struct file_system_type |
描述檔案系統型別，如ext4 |
| struct super_block |
每種檔案系統都必須實現超級塊物件，用於儲存特性檔案系統資訊,對應存放與磁碟特定扇區 |
| struct inode |
包含核心操作的全部資訊，對於linux可以從磁碟索引節點直接讀入，否則要檔案系統提取這些資訊，在記憶體中建立，便於檔案系統使用。 |
| struct dentry |
檔案包括路徑中的每個部分都是目錄項，沒有對應的磁碟資料結構。有三種狀態:1)被使用2）未被使用3）無效目錄項 |
| struct mount |
安裝檔案系統的例項，代表一個安裝點，包含一個 struct vfsmount成員 |
| struct file |
使用程序的觀點看檔案，表示程序已經開啟的檔案。包含訪問模式，當前偏移等。 |
| struct fs_struct |
程序描述符中使用，檔案系統和程序相關資訊，如當前工作目錄和根目錄 |
| struct files_struct |
程序描述符中使用，程序的相關資訊，如開啟的檔案以及描述符 |
| struct nsproxy |
程序描述符中使用，程序的名稱空間層次結構。預設情況下，所有的程序共享相同的名稱空間,可以通過CLONE_NEWNS配置。 int copy_namespaces(unsigned long flags, struct task_struct *tsk) { ……………….. if (likely(!(flags & (CLONE_NEWNS | CLONE_NEWUTS | CLONE_NEWIPC | CLONE_NEWPID | CLONE_NEWNET)))) { get_nsproxy(old_ns); return 0; } ……………….. } |
各個資料結構之間的關係
各個資料結構之間的引用關係：
VFS初始化
在start_kernel中通過下面兩個函式初始化：
asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{
…….
vfs_caches_init_early();
…….
vfs_caches_init(totalram_pages);
…….
}其中：
void __init vfs_caches_init_early(void)
{
dcache_init_early(); //建立2個表 1：slab cach和2：一個hash表
inode_init_early(); //建立2個表 1：slab cach和2：一個hash表
}
void __init vfs_caches_init(unsigned long mempages)
{
unsigned long reserve;
/* Base hash sizes on available memory, with a reserve equal to
150% of current kernel size */
reserve = min((mempages - nr_free_pages()) * 3/2, mempages - 1);
mempages -= reserve;
names_cachep = kmem_cache_create("names_cache", PATH_MAX, 0,
SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_PANIC, NULL);
dcache_init();
inode_init();
files_init(mempages); /*建立struct file的slab cache*/
//至此，建立了struct dentry, struct inode的slab cache和hash table，struct file 的slab cache，一共5個cache。
mnt_init();
bdev_cache_init();
chrdev_init();
}在dcache_init，inode_init同dcache_init_early， inode_init_early函式中分別建立dentry和inode的slab cache和hash table，在slab cache中儲存資料，使用hash table為其建立索引表，典型的以空間換時間方式。這裡使用有early字尾和沒有early字尾的函式是根據hash是否分佈在NUMA上來選擇hash table的建立時機是否推遲到vmalloc空間可以使用。
void __init inode_init(void)
{
unsigned int loop;
/* 建立inode slab cache */
inode_cachep = kmem_cache_create("inode_cache",
sizeof(struct inode),
0,
(SLAB_RECLAIM_ACCOUNT|SLAB_PANIC|
SLAB_MEM_SPREAD),
init_once);
........
/* 建立inode hash table*/
inode_hashtable =
alloc_large_system_hash("Inode-cache",
sizeof(struct hlist_head),
ihash_entries,
14,
0,
&i_hash_shift,
&i_hash_mask,
0,
0);
for (loop = 0; loop < (1U << i_hash_shift); loop++)
INIT_HLIST_HEAD(&inode_hashtable[loop]);
}在呼叫sysfs_init函式之前為dentry, inode,file，mount，kernfs_node建立了slab cache，為了方便索引、提高效率還建立了部分hash表。
void __init mnt_init(void)
{
unsigned u;
int err;
/*建立struct mount 的slab cache，通過alloc_vfsmnt函式進行分配*/
mnt_cache = kmem_cache_create("mnt_cache", sizeof(struct mount),
0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL);
mount_hashtable = alloc_large_system_hash("Mount-cache",
sizeof(struct hlist_head),
mhash_entries, 19,
0,
&m_hash_shift, &m_hash_mask, 0, 0);
mountpoint_hashtable = alloc_large_system_hash("Mountpoint-cache",
sizeof(struct hlist_head),
mphash_entries, 19,
0,
&mp_hash_shift, &mp_hash_mask, 0, 0);
if (!mount_hashtable || !mountpoint_hashtable)
panic("Failed to allocate mount hash table\n");
for (u = 0; u <= m_hash_mask; u++)
INIT_HLIST_HEAD(&mount_hashtable[u]);
for (u = 0; u <= mp_hash_mask; u++)
INIT_HLIST_HEAD(&mountpoint_hashtable[u]);
/*建立名為"kernfs_node_cache"的struct kernfs_node結構體的slab cache*/
kernfs_init();
err = sysfs_init(); //建立struct kernfs_root sysfs_root，註冊sysfs檔案系統
if (err)
printk(KERN_WARNING "%s: sysfs_init error: %d\n",
__func__, err);
fs_kobj = kobject_create_and_add("fs", NULL);
if (!fs_kobj)
printk(KERN_WARNING "%s: kobj create error\n", __func__);
//註冊檔案系統：rootfs和ramfs
init_rootfs();
init_mount_tree();
}在上面函式中註冊了3個檔案系統型別（file_system_type），分別是：
sysfs : sysfs_fs_type
rootfs: rootfs_fs_type
ramfs : ramfs_fs_type下面通過init_mount_tree 函式安裝根檔案系統 ：其中，檔案系統的安裝和初始化需要分配super_block和inode，他們的分配初始化通過下面的呼叫完成。
init_mount_tree-->vfs_kern_mount-->
mount_fs-->rootfs_mount-->mount_nodev-->ramfs_fill_super。
error = fill_super(s, data, flags & MS_SILENT ? 1 : 0);
static void __init init_mount_tree(void)
{
struct vfsmount *mnt;
struct mnt_namespace *ns;
struct path root;
struct file_system_type *type;
type = get_fs_type("rootfs"); //查詢rootfs_fs_type
if (!type)
panic("Can't find rootfs type");
// 1）. 分配struct mount 2）.安裝檔案系統
mnt = vfs_kern_mount(type, 0, "rootfs", NULL);
put_filesystem(type);
if (IS_ERR(mnt))
panic("Can't create rootfs");
// 建立一個私有的名稱空間並新增一個根檔案系統
ns = create_mnt_ns(mnt);
if (IS_ERR(ns))
panic("Can't allocate initial namespace");
init_task.nsproxy->mnt_ns = ns;
get_mnt_ns(ns);
root.mnt = mnt;
root.dentry = mnt->mnt_root;
mnt->mnt_flags |= MNT_LOCKED;
// 設定當前程序init_task的當前目錄和根目錄。
set_fs_pwd(current->fs, &root);
set_fs_root(current->fs, &root);
}隨後vfs_caches_init呼叫bdev_cache_init、chrdev_init。
void __init vfs_caches_init(unsigned long mempages)
{
......
mnt_init();
bdev_cache_init();
chrdev_init();
}初始字元裝置，塊裝置，完成VFS初始化。