Linux文件系统的设计

Linux文件系统的设计

总论：

linux的文件系统设计非常优秀，总的来讲有两大部分，第一部分就是树形的组织结构，第二部分就是vfs，树形的组织结构组织了文件系统的表象，用户很方便的使用，而vfs是文件系统的实现机理，它处于内核态，不但实现了树形结构的mount机制，而且还提供了一个统一的接口用来访问设备。

一、Linux文件系统概述

1、Linux文件系统组织

Linux中使用树来组织文件系统。整个文件系统构成了一颗树，这棵树以/为根。整个系统有且只有这一颗文件树。这棵树描述了文件系统的拓扑结构，没有任何文件系统的类型信息。

2、mount机制

linux使用mount机制扩展文件系统，使不同类型的文件系统可以挂载在系统的文件树的任何位置。mount机制使文件树有了类型属性，支持了不同类型的文件系统的挂载。

如图所示。

可以看到如果不考虑挂载点，整个文件系统就是一棵树，如果考虑了挂载点，这棵树原来是嫁接而成的，可以包含各种不同种类的文件系统。正如桥片扩展了总线一样，挂载点扩展了文件树，和扩展总线不同的是，任意目录都可以是挂载点，但是不是任意芯片都是可以作为桥的。(网桥/交换机扩展以太网也是一样的道理，和mount机制更加类似一些，因为你只需要插入一个多端口网卡就可以作为一个网桥了。)

3、mount机制的好处

mount可以屏蔽文件系统的类型，所有类型的文件系统共享一棵树，但是实现却可以不相同。用户进程可以使用相同的系统调用接口访问所有的文件系统，而不必在意访问的文件是什么类型的。mount机制使一棵文件树得以多样化，然而又可以向用户屏蔽这种多样化。这种多样化是通过vfs实现的。

4、单棵树组织+mount扩展

Linux的文件系统和磁盘并不绑定，文件系统就是一棵树，是一个虚拟的概念，没有介质，没有容量，没有读写规则，只有在挂载(mount)发生的时候，也就是具体的文件系统挂载的时候，某个挂载点才和介质建立联系，然而此时对于文件系统来讲仍然没有容量的概念，容量仅仅是挂载于此目录的磁盘设备的属性，如果磁盘空间满了，仍然可以通过在此磁盘的一个目录上mount一个新的文件系统来解决，而新的文件系统在一块新的磁盘上。

5、和Windows文件系统的对比

Windows显式的分离了各种文件系统，虽然Windows在操作接口上也吸取了Unix中“一切皆文件”的思想。在接口级别，windows也使用相同的API来访问各类文件，比如ReadFile，WriteFile等，然而在操作级别，windows却没有实现一致性，在操作级别，windows的文件系统主要指以磁盘为介质的文件系统，因此windows没有必要用一棵树包含所有的文件，而是区分成了各个盘符，然而这种方式有个弊端，那就是不易扩展，因为单个盘符限制了容量，磁盘直接和文件系统绑定。因此，Windows不以单棵树树来组织文件系统，windows很难用mount来扩展文件系统。