41-虚拟文件系统

2.11.1　虚拟文件系统

虚拟文件系统，有时也称虚拟文件交换（virtual file switch），是一种抽象机制，支持Linux内核在不了解（甚至不需要了解）文件系统类型的情况下，调用文件系统函数并操作文件系统的数据。

虚拟文件系统通过通用文件模型（common file model）实现这种抽象，它是Linux上所有文件系统的基础。通过函数指针以及各种面向对象方法，通用文件模型提供了一种Linux内核文件系统必须遵循的框架。它支持虚拟文件系统向文件系统发起请求。框架提供了钩子（hook），支持读、建立链接、同步等功能。然后，每个文件系统注册函数，处理相应的操作。

这种方式的前提是文件系统之间必须具有一定的共性。比如，虚拟文件系统是基于索引节点、superblock（超级块）和目录项，而非UNIX系的文件系统可能根本就没有索引节点的概念，需要特殊处理。而事实上，Linux确实做到了：它可以很好地支持如FAT和NTFS这样的文件系统。

虚拟文件系统的优点真是“不胜数”：系统调用可以在任意媒介的任意文件系统上读，工具可以从任何一个文件系统拷贝到另一个上。所有的文件系统都支持相同的概念、相同接口和相同调用。一切都可以正常工作——而且工作得很好。

当应用发起read()系统调用时，其执行过程是非常奇妙的：从C库获取系统调用的定义，在编译时转化为相应的trap语句^[8]。一旦进程从用户空间进入内核，交给系统调用handler处理，然后交给read()系统调用。内核确定给定的文件描述符所对应的对象类型，并调用相应的read()函数。对于文件系统而言，read()函数是文件系统代码的一部分。然后，该函数继续后续操作——比如从文件系统中读取数据，并把数据返回给用户空间的read()调用，该调用返回系统调用handler，它把数据拷贝到用户空间，最后read()系统调用返回，程序继续执行。

对于系统程序员来说，虚拟文件系统带来的“变革”是很深刻的。程序员不需要担心文件所在的文件系统及其存储介质。通用的系统调用——比如read()、write()等，可以在任意支持的文件系统和存储介质上操作文件。