文件系统子系统 · 核心问题问答精要

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📚 文件系统子系统 · 核心问题问答精要

📌 本文聚焦于 Linux 文件系统子系统中最常见、最具代表性的问题，涵盖从总体架构到关键结构体、再到实际实现与接口调用等方面。配合你构建的学习目录结构，形成有重点的掌握路径。

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🔶 一、总体架构理解类

❓1. Linux 文件系统的整体结构如何划分？

答：
通常可分为三层结构：

• 应用层接口：如 open/read/write/ioctl 等系统调用。
• VFS 抽象层：内核统一接口层，结构体如 file/inode/dentry/vfsmount。
• 具体实现层：ext4、tmpfs、procfs、sysfs 等文件系统，通过 register_filesystem() 接入 VFS。

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❓2. /proc 与 /sys 属于真实的文件系统吗？

答：
它们属于 虚拟文件系统：

• /proc 是 procfs，用于展示进程/内存等信息；
• /sys 是 sysfs，展示设备树状结构；
  它们没有落盘数据，不存在真实的块设备，只是在内存中由内核生成。

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🔷 二、关键结构体与接口理解

❓3. file、inode、dentry 的职责分别是什么？

结构体	角色说明
file	表示一次打开的文件，绑定 fd，进程相关
inode	表示实际的文件或目录对象
dentry	表示路径项，是 name → inode 的映射缓存

它们组合构成了文件系统操作的核心三元组。

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❓4. 一个文件被打开两次，file 和 inode 有哪些区别？

答：

• 每次 open() 都会新建一个 file 结构体；
• 但多个 file 可以共享同一个 inode；
• file 是**“一次打开的视角”，inode 是“文件本体”**。

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🟦 三、系统调用与路径解析类

❓5. open() 调用流程中都经过了哪些关键结构？

答：
系统调用 sys_open() 最终会：

1. 通过 filename_lookup() 查找路径；
2. 得到 dentry；
3. 拿到 inode；
4. 创建 file 并返回 fd。

关键函数如 do_filp_open() 位于 fs/namei.c。

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❓6. read() 系统调用是如何到达实际驱动的？

答：
read() → vfs_read() → 调用 file->f_op->read()；
而 file_operations 是由具体文件系统（如 ext4）或驱动注册提供的。

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🟩 四、文件系统实现类

❓7. ext4 与 tmpfs 最大区别是什么？

项目	ext4	tmpfs
类型	持久化文件系统	内存文件系统
存储介质	块设备	RAM
使用场景	根文件系统	/tmp、/run

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❓8. rootfs 和 initramfs 的区别与联系？

答：

• initramfs 是启动时挂载的初始根文件系统（内核内嵌的 CPIO 格式）；
• rootfs 是一个逻辑挂载点，通常一开始挂载的是 initramfs；
• 后续会切换成实际的根文件系统（如 ext4）。

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🟥 五、调试与通知机制类

❓9. 如何监控一个文件是否被修改？

答：
可使用 inotify 或 fanotify 接口：

• inotify_add_watch() 添加监听；
• 内核通过 VFS 中的 fsnotify() 分发事件；
• 用户态使用 read() 等待事件发生。

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❓10. procfs 和 sysfs 是如何创建节点的？

答：

• 使用内核 API 如 proc_create() / proc_mkdir() 创建 procfs 节点；
• 使用 kobject_create_and_add() / device_create_file() 添加 sysfs 节点；
• 它们背后本质是操作 VFS 中的 dentry/inode 结构体。

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✅ 总结建议

建议	说明
🔹 优先掌握 VFS 三大结构体	file、inode、dentry 是全局核心
🔹 结合实现与挂载机制	每种文件系统都有对应的注册、挂载路径
🔹 多读 namei.c / fs/*.c 源码	核心逻辑都集中在这里
🔹 关注 sysfs/procfs 实战用途	debugfs/sysfs 在驱动调试中经常使用

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