9、Linux文件I/O与缓冲机制解析

Linux文件I/O与缓冲机制解析

1. 虚拟文件系统（VFS）

1.1 VFS的抽象实现

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。这个框架允许VFS对文件系统进行通用请求，并提供了支持读取、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。

1.2 文件系统的共性

这种方法促使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，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可以毫无问题地支持FAT和NTFS等文件系统。

1.3 VFS的优势

VFS的优势巨大。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；单个实用程序可以从任何一个文件系统复制到任何其他文件系统。所有文件系统都支持相同的概念、接口和调用，一切都能正常工作且效果良好。

1.4 系统调用的执行过程

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，在编译时转换为适当的陷阱语句。
2. 用户空间进程陷入内核，通过系统调用处理程序，传递到 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，该函数从文件系统中物理读取数据。
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