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来实现抽象，这是 Linux 中所有文件系统的基础。借助函数指针和各种面向对象的实践，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。这使得 VFS 能够对文件系统进行通用请求，该框架还提供了支持读取、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。

这种方法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）和目录项等概念进行操作。非 Unix 起源的文件系统，可能没有像索引节点这样的类 Unix 概念，但也必须适应。实际上，Linux 能够毫无问题地支持 FAT 和 NTFS 等文件系统。

VFS 的好处是巨大的。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任何文件系统之间进行复制操作。所有文件系统都支持相同的概念、接口和调用，一切都能正常工作，而且效果良好。

当应用程序发出 read() 系统调用时，会经历一个有趣的过程：
1. C 库提供系统调用的定义，在编译时将其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，然后传递给 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。对于文件系统，此函数是文件系统代码的一部分。
5. 该函数执行实际操作，例如从文件系统物理读取数据，并将数据返回给用户空间的 read()