Linux内核是如何创建目录的_linux 根目录下可以创建目录吗-优快云博客

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哈喽，我是子牙老师。今天咱们从ext4文件系统源码层面聊聊Linux内核是如何创建目录的，创建文件也差不多原理

看这篇文章之前，建议你看下我之前写的《手写文件系统》，不然怕你看不懂

当我们创建目录的时候，差不多这两种方式。本文会从这两个大方向进行分析
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本文会讲到以下这些：

在当前目录创建与指定目录创建，源码层面，有什么不一样
创建的目录，在硬盘中是如何存储的
创建目录的时候，内核怎么知道操作的是哪块硬盘哪个扇区
创建目录的时候，会产生哪些数据
创建目录的时候，会写几次盘
挂载分区，到底是什么意思，背后到底干了什么
vfs与ext4是如何关联起来的
如何单步调试ext4文件系统源码？

以下，enjoy

目录在硬盘中是如何存储的

借用一下上篇文章用过的图
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创建目录是一件非常复杂的事情，而且必须要原子性完成，否则会造成数据错乱。如何理解这个复杂呢？要操作图中列出的所有数据块，就意味着要多次写盘，IO自古以来都是性能瓶颈，EXT是如何解决的呢？做了哪些优化呢？听我娓娓道来

先从创建流程及写盘开始说吧。首先得判断当前块组inode是否已用光，一个块组占一个4K扇区，意味着一个块组最大支持32768个inode，如果没用光，拿到inode，比如是17，更新inode位图块（第一次写盘）

如果用光了呢？需要查找当前分区可用的块组，对此，EXT实现了两套算法
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如果查不到可用的块组呢？那这意思还不明显吗？当前分区用光了，创建不了了

假设我们拿到了inode，值为17，这时候就需要找到inode=17的inode信息存储在inode列表哪个扇区，并完成初始化。上篇文章算过，硬盘扇区4K为例，一个inode节点占256B，一个4K扇区能够存16个inode节点，inode=17，存储在inode列表区域的第二个扇区中的第一个（第二次写盘），如图
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写的什么信息？ext4_inode结构体

第三次写盘，将目录ziya的信息写入父目录的数据区，目录信息对应的结构体是ext4_dir_entry，如图
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这样就完成了目录的创建，但是还不完整。注意到图中黄色区域没，每个目录在创建的时候，ext文件系统需要为其创建两个默认目录。这时候又要去获取inode，更新inode位图，更新inode列表，又要写好几次盘，我算不下去了……

这时候还有为新创建的目录申请数据块，即操作块位图块，然后将目录.或…的目录信息写入。

当这些事情全部做完，需要统一更新块组描述符表、超级块信息。至此，创建目录所有工作完成，细思极恐！

总结一下吧，当创建一个目录的时候，底层要干这些活：

去问当前块组的inode位图：你还有没有空位置啊？有？那留一个！没有，那你想想办法，给我找一个
有位置了，我把我的信息告诉你，你填进去
告诉父目录我的信息，让父目录知道我的存在，知道我的inode信息存储在哪
给我分个存放数据的地方，我要放两个目录.与…
统一更新超级块、块组描述符表

如果现实中，对创建目录不做一点点的优化，那硬盘是不是就跑疯了？对于写盘，做了如下策略
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恭喜你！知道创建一个目录，底层都干了些什么。不知道在看的过程中，你的脑海中有没有生成一些问题，比如内核是如何知道要写哪个盘、哪个扇区

当前目录创建

在当前目录创建，与在指定目录创建，不同点就是如何知道是哪个盘哪个分区

先说下哪个盘哪个分区的信息存储在哪呢？如果运行起来，就存储在vfs中的super_block中
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super_block中的这些信息从哪来的呢？来自用户mount时的传入及文件系统本身的超级块，比如ext4的ext4_super_block，比如 mount /dev/sda1 /

如果是当前目录创建，怎么得到super_block呢？当前进程结构体task_struct中有
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在当前目录创建文件或目录，按顺序来说就是：

从当前进程的结构体task_struct中获取属性struct fs_struct fs
从fs总获取struct path pwd
从pwd中获取当前目录的挂载信息struct vfsmount *mnt
从mnt中获取super_block
从super_block中，你就知道要操作哪个盘、文件系统
根据super_block.s_fs_info就能拿到ext4_super_block及各种operations，比如目录操作

从流程中你是否能感受到什么叫挂载？挂载就是将磁盘分区，以合适的文件系统，与vfs关联起来，就是这么简单

结合上一趴，你就算知道了，在当前目录下创建文件或目录，底层工作的完整流程

不知道你看完后是否有这样的疑问：当前目录struct path pwd中的信息是怎么来的
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来解开此谜底！

指定目录创建

在指定目录下创建目录，这里就假设在根目录下吧，多层目录，只是把等下要说的事情重复做多遍而已

比如我们通过mkdir在根目录下创建目录ziya
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我们先不说内核是怎么做的，我们先想一想，如果这个事情要我们来做，我们会怎么做：

你得知道要写哪个盘吧
你得知道要写哪个扇区吧
你得知道当前块组是哪个吧，剩下的前面都讲过了，pass

如何知道根目录挂载的是哪个盘的哪个扇区呢？这个就比较复杂了，跟mnt namespace关联起来了
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通过遍历进程的mnt namespace，就可以得到。我也写了一个内核程序，演示给你看。目前国内我所知的教Linux内核的，实话实说，还没看到对Linux内核的理解，在我之上的，大多数都是理论派、照本宣科派
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每个进程的mnt namespace怎么来的呢？继承自始祖进程init_task。前提是你不通过clone函数创建新的mnt namespace
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你会发现：始祖进程的mnt namespace最开始是空的。为什么会这样呢？之前写过一篇文章《如果你想手写Linux系统》中讲过，始祖进程是开发内核的大神写死的，不是通过程序创建出来的，而根目录挂载只有运行时才能去做，所以这里是空的。那什么时候赋值的呢？init_mount_tree
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