9、Linux文件I/O与缓冲机制详解

Linux文件I/O与缓冲机制详解

1. 虚拟文件系统（VFS）

虚拟文件系统（VFS）通过提供通用文件模型实现抽象，这是Linux中所有文件系统的基础。借助函数指针和面向对象的实践，通用文件模型为Linux内核中的文件系统提供了一个必须遵循的框架，使VFS能对文件系统进行通用请求。该框架提供了支持读取、创建链接、同步等操作的钩子，每个文件系统会注册处理其所能执行操作的函数。

这种方式使得文件系统之间具有一定的共性。例如，VFS使用索引节点（inode）、超级块（superblock）和目录项等概念，非Unix起源的文件系统即便没有类似Unix的概念，也必须适应。实际上，Linux能毫无问题地支持FAT和NTFS等文件系统。

VFS的好处巨大，单个系统调用可以从任何介质上的任何文件系统读取数据，单个实用程序可以在不同文件系统之间复制数据。所有文件系统支持相同的概念、接口和调用，一切都能正常工作且效果良好。

当应用程序发出 read() 系统调用时，其执行过程如下：
1. C库提供系统调用的定义，在编译时转换为适当的陷阱语句。
2. 用户空间进程陷入内核，经过系统调用处理程序，传递给 read() 系统调用。
3. 内核确定给定文件描述符对应的对象。
4. 内核调用与该对象关联的读取函数，该函数完成实际的数据读取操作，如从文件系统物理读取数据。
5. 数据返回给用户空间的 read() 调用，再返回给系统调用处理程序，最后复制回用户空间， read() 系统调用返回，进程继续执行。