Linux-011 文件系统.doc

文件系统和内存管理，以及进程管理是操作系统的核心部分。数据通常以文件的形式存储在设备上，因此文件系统的基本功能就是以某种格式存取/控制文件。0.11版的内核中采用了minix1.0版的文件系统。在最新的2.6版内核中，借助于 VFS，系统支持50多种文件系统。首先介绍一下minix文件系统minix文件系统和标准unix文件系统基本相同。它由6个部分组成，分别是：引导块，超级块，i节点位图，逻辑块位图，i节点，和数据区。如果存放文件系统的设备不是引导设备，那么引导块可以为空。PC机的块设备通常以512字节为一个扇区，而文件系统则以盘块为单位使用之。minix中1个盘块等于2个扇区大小。从引导块为第0个盘块开始计算。逻辑块可以为2n个盘块，minix中逻辑块大小等于盘块。所以盘块=逻辑块=缓冲块=1024字节。超级块存放文件系统的整体信息。i节点位图描述了i节点的使用情况。文件通常将控制信息和数据分开存放，i节点就是存放文件的控制信息的，通常称之为inode。逻辑块位图则描述了逻辑块的使用情况。linux中的 文件范围很广泛，不仅仅指普通文件。用ls -l命令可以发现显示的信息的最左边字符可以为-,d,s,p,b,c,分别表示正规文件，目录文件，符号连接，命名管道，块设备，字符设备文件。紧跟在其后的9位字符可以为r,w,x,s,S等，描述了文件的访问权限。后面的信息有文件的用户名，组名，文件大小，修改日期等，这些信息当然是放在inode中的。文件名除外。那么文件系统是如何被加载的呢？在系统启动过程中，具体是在任务1的init()函数中，通过setup系统调用加载的，该函数调用mount_root()函数读取根文件系统的超级块和根inode节点。下面，就结合文件系统的上述要素，及其数据结构讲解minix1.0文件系统。1.超级块struct super_block unsigned short s_niodes; /节点数 unsigned short s_nzones; /逻辑块数 unsigned short s_imap_blocks; /i节点位图所占的数据块数 unsigned short s_zmap_blocks; /逻辑块位图所占用的数据块数 unsigned short s_firstdatazone; /第一个数据逻辑块号 unsigned short s_log_zone_size; /log2(数据块数/逻辑块) unsigned short s_max_size; /文件的最大长度 unsigned short s_magic ; /文件系统魔数/以下的字段仅出现在内存中 struct buffer_head* s_imap8;/i节点位图在缓冲区中的指针 struct buffer_head* s_zmap8;/逻辑块位图在缓冲区中的指针 unsigned short s_dev;/超级块所在的设备号 struct m_inode *s_isup;/被安装的文件系统的根节点 struct m_inode *s_imount; /被安装到的i节点 unsigned long s_time; /修改时间 struct task_struct *s_wait; /等待该超级块的进程 unsigned char s_lock; /被锁定标志 unsigned char s_rd_only; /只读标志 unsigned char s_dirt; /已修改标志;每个文件系统都要有一个超级块。内核维护一个超级块数组：struct super_block super_blockNR_SUPER;当一个文件系统被加载时，就将它的超级块读到这个数组中，并读取它的i节点和逻辑块位图到super_block的相应数组中。卸载一个文件系统时就执行相反的操作。super.c 文件中实现了对超级块的操作，包括get_super,put_super,read_super，另外还有sys_umount,sys_mount, mount_root函数。get_super是从超级块数组中搜索指定设备的超级块。所以它要求相应的文件系统已加载或者已读到数组中。 read_super则是从盘上读取超级块。put_super是释放超级块以及相应的位图，这在sys_umount函数中被调用。我们来看一下read_super这个函数。static struct super_block *read_super(int dev) struct super_block *s; struct buffer_head *bh; int i,block; if(!dev) return NULL;/检查设备是否更换，这里是检查软盘是否更换，如果更换那么就释放其超级块，并使其位图和缓冲区无效 check_disk_change(dev);/如果该超级块已经在超级块数组中，那么就获取它并返回 if(s=get_super(dev) return s;/否则就先在超级块数组中找到一个空项，准备读取后填充 for(s=0+super_block;s+) if(s=NR_SUPER+super_block) return NULL; if(!s-dev) break; /找到空项后初始化它 s-s_dev=dev; s-s_isup=NULL; s-s_imount=NULL; s-s_time=0; s-s_rd_only=0; s-s_dirt=0;/然后锁定该超级块，并从设备上读取超级块。超级块在第1块 lock_super(s); if(!(bh=bread(dev,1) s-s_dev=0; free_super(s); return NULL; /然后将读取到的超级块从缓冲块读到超级块数组中 *(struct d_super_block*)s)=*(struct d_super_block*)bh-data); brelse(bh);/判断文件系统魔数是不是0x137f,minix的魔数 if(s-s_magic!=SUPER_MAGIC) s-s_dev=0; free_super(s); return NULL; /然后就读取设备上的i节点和逻辑块位图到缓冲区中,先初始化指针数组。I_MAP_SLOTS和Z_MAP_SLOTS都等于8，所以共有1024*8*8个比特用于描述逻辑块。而每个逻辑块为1024字节，所以minix1.0最大支持64M的文件系统。 for(i=0;is_imap=NULL; for(i=0;is_zmap=NULL; block=2; for(i=0;is_imap_blocks;i+) if(s-s_imap=bread(dev,block) block+; else break; for(i=0;is_zmap_blocks;i+) if(s-s_zmap=bread(dev,block) block+; else break;/如果读出的块数不等于因该站有的块数，则说明文件系统位图有问题，则释放掉所有申请的资源后退出 if(block!=2+s-s_imap_blocks+s-s_zmap_blocks) for(i=0;is_imap); for(i=0;is_zmap); s-s_dev=0; free_supe