VFS

文件系统抽象层 - VFS

文件系统抽象层是把不同文件系统的对外共性接口提取出来，形成一个函数指针数组，这样，通用文件系统访问接口层只需访问文件系统抽象层，而不需关心具体文件系统的实现细节和接口。

file & dir接口

file&dir接口层定义了进程在内核中直接访问的文件相关信息，这定义在file数据结构中，具体描述如下：

struct file {
    enum {
        FD_NONE, FD_INIT, FD_OPENED, FD_CLOSED,
    } status;                         //访问文件的执行状态
    bool readable;                    //文件是否可读
    bool writable;                    //文件是否可写
    int fd;                           //文件在filemap中的索引值
    off_t pos;                        //访问文件的当前位置
    struct inode *node;               //该文件对应的内存inode指针
    int open_count;                   //打开此文件的次数
};

而在kern/process/proc.h中的proc_struct结构中描述了进程访问文件的数据接口files_struct，其数据结构定义如下：

struct files_struct {
    struct inode *pwd;                //进程当前执行目录的内存inode指针
    struct file *fd_array;            //进程打开文件的数组
    atomic_t files_count;             //访问此文件的线程个数
    semaphore_t files_sem;            //确保对进程控制块中fs_struct的互斥访问
};

当创建一个进程后，该进程的files_struct将会被初始化或复制父进程的files_struct。当用户进程打开一个文件时，将从fd_array数组中取得一个空闲file项，然后会把此file的成员变量node指针指向一个代表此文件的inode的起始地址。

inode 接口

index node是位于内存的索引节点，它是VFS结构中的重要数据结构，因为它实际负责把不同文件系统的特定索引节点信息（甚至不能算是一个索引节点）统一封装起来，避免了进程直接访问具体文件系统。其定义如下：

struct inode {
    union {                                 //包含不同文件系统特定inode信息的union成员变量
        struct device __device_info;          //设备文件系统内存inode信息
        struct sfs_inode __sfs_inode_info;    //SFS文件系统内存inode信息
    } in_info;   
    enum {
        inode_type_device_info = 0x1234,
        inode_type_sfs_inode_info,
    } in_type;                          //此inode所属文件系统类型
    atomic_t ref_count;                 //此inode的引用计数
    atomic_t open_count;                //打开此inode对应文件的个数
    struct fs *in_fs;                   //抽象的文件系统，包含访问文件系统的函数指针
    const struct inode_ops *in_ops;     //抽象的inode操作，包含访问inode的函数指针     
};

在inode中，有一成员变量为in_ops，这是对此inode的操作函数指针列表，其数据结构定义如下：

struct inode_ops {
    unsigned long vop_magic;
    int (*vop_open)(struct inode *node, uint32_t open_flags);
    int (*vop_close)(struct inode *node);
    int (*vop_read)(struct inode *node, struct iobuf *iob);
    int (*vop_write)(struct inode *node, struct iobuf *iob);
    int (*vop_getdirentry)(struct inode *node, struct iobuf *iob);
    int (*vop_create)(struct inode *node, const char *name, bool excl, struct inode **node_store);
int (*vop_lookup)(struct inode *node, char *path, struct inode **node_store);
……
 };

参照上面对SFS中的索引节点操作函数的说明，可以看出inode_ops是对常规文件、目录、设备文件所有操作的一个抽象函数表示。对于某一具体的文件系统中的文件或目录，只需实现相关的函数，就可以被用户进程访问具体的文件了，且用户进程无需了解具体文件系统的实现细节。