1 概述
在Linux系统中,⼀切皆⽂件，除了通常所说的狭义的⽂件(⽂本⽂件和⼆进制⽂件)以外;⽬录，设备，套接字和管道等都是⽂件. 1.1 ⽤户空间层⾯
(1)⼀个存储设备上的⽂件系统，只有挂载到内存中⽬录树的某个⽬录下，进程才能访问这个⽂件系统.系统调⽤mount⽤来把⽂件系统挂载到内存中⽬录树的某个⽬录下.
(2)系统调⽤umount⽤来卸载某个⽬录下挂载的⽂件系统.
(3)使⽤open打开⽂件.
(4)使⽤close关闭⽂件.
(5)使⽤read读⽂件.
(6)使⽤write写⽂件.
(7)使⽤lseek设备⽂件偏移.
(8)当我们写⽂件的时候，内核的⽂件系统模块把数据保存到页缓存中，不会⽴即写到存储设备.我们可以使⽤fsync把⽂件修改过的属性和数据⽴即写到存储设备，或者使⽤fdatasync把⽂件修改过得数据⽴即写到存储设备.
应⽤程序也可以使⽤glibc库封装的标准I/O流函数访问⽂件，标准I/O流提供了缓冲区,⽬的是尽可能减少调⽤read和write的次数，提⾼性能.
(1)fopen打开⽂件流.
(2)fclose关闭流.
(3)fread读流.
(4)fwrite写流.
(5)fseek设置⽂件偏移.
(6)fwrite可以把数据写到⽤户空间缓冲区，但不会⽴即写到内核.可以使⽤fflush冲刷流，即把写到⽤户空间缓冲区的数据⽴即写到内核.
1.2 硬件层⾯
外部存储设备分为块设备，闪存和NVIDIMM设备3类. 块设备主要有以下两种:
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(1)机械硬盘：机械硬盘的读写单位是扇区.
(2)闪存类块设备：使⽤闪存作为存储介质,⾥⾯的控制器运⾏固化的驱动程序，驱动程序的功能之⼀是闪存转换层，把闪存转换为块设备，对外表现为块设备.
闪存类块设备相对机械硬盘的优势是：访问速度块，因为没有机械操作；抗振性很⾼，便于携带.
闪存按存储结构分为NAND闪存和NOR闪存,NOR闪存适合存储程序,⼀般⽤来存储引导程序,⽐如U-Boot程序;NAND闪存适合存储数据.
(3)NVDIMM:⾮易失性内存，设备把NAND闪存，内存和超级电容集成到⼀起，访问速度和内存⼀样快，并且断电之后数据不会丢失.
1.3 内核空间层⾯
在内核的⽬录fs下可以看到，内核⽀持多种⽂件系统类型.为了对⽤户程序提供统⼀的⽂件操作接⼝，为了使不同的⽂件系统实现能够共存，内核实现了⼀个抽象层，称为虚拟⽂件系统.
⽂件系统分为以下4种:一体化机芯
(1)块设备⽂件系统，存储设备是机械硬盘和固态硬盘等块设备，常见的块设备⽂件系统是EXT和btrfs.
(2)闪存⽂件系统，存储设备是NAND闪存和NOR闪存，常⽤的闪存⽂件系统是JFFS2和UBIFS.
(3)内存⽂件系统,⽂件在内存中，断电后⽂件丢失，常⽤的内存⽂件系统是tmpfs,⽤来创建临时⽂件.
(4)伪⽂件系统，是假的⽂件系统，只是为了使⽤虚拟⽂件系统的编程接⼝，常⽤的伪⽂件系统如:sockfs,proc,sysfs,hugetlbfs,cgroup,cgroup2.
访问外部存储设备的速度很慢，为了避免每次读写⽂件时，访问外部存储设备,⽂件系统模块为每个⽂件在内存中创建了⼀个缓存，因为缓存的单位是页，所以称为页缓存. 块设备的访问单位是块，块⼤⼩是扇区⼤⼩的整数倍.内核为所有块设备实现了统⼀的块设备层.为了避免每次读写都需要访问块设备，内核实现了块缓存，为每个块设备在内存中创建⼀个块缓存.缓存的单位是块，基于页缓存实现的.
每种块设备需要实现⾃⼰的驱动.
陶粒砂过滤内核把闪存称为存储技术设备(MTD)，为了所有闪存实现了统⼀的MTD层，每种闪存需要实现⾃⼰的驱动程序.
针对NVDIMM设备,⽂件系统需要实现DAX(Direct Access，直接访问)，绕过页缓存和块设备层，把NVDIMM设备⾥⾯的内存直接映射到进程或内核的虚拟地址空间.
热风锅炉2 虚拟⽂件系统的数据结构
虽然不同⽂件系统类型的物理结构不同，但是虚拟⽂件系统定义了⼀套统⼀的数据结构.
(1)超级块,⽂件系统的第⼀块就是超级块，描述⽂件系统的总体信息，挂载⽂件系统的时候在内存中创建超级块的副本：结构体super_block;
(2)虚拟⽂件系统在内存中把⽬录组织为⼀棵树.⼀个⽂件系统，只有挂载到内核中⽬录树的⼀个⽬录下，进程才能访问这个⽂件系统.每次挂载⽂件系统，虚拟⽂件系统就会创建⼀个挂载描述符mount，并且读取⽂件系统的超级块，在内存中创建⼀个副本.
(3)每种⽂件系统的超级块的格式不同，需要向虚拟⽂件系统注册⽂件系统类型file_system_type.并且实现mount⽅法⽤来读取和解析超级块.
(4)索引节点，每个⽂件对应⼀个索引节点，每个索引节点有⼀个唯⼀的编号.当内核访问存储设备上的⼀个⽂件时，会在内存中创建⼀个索引节点的副本：结构体inode.
(5)⽬录项,⽂件系统把⽬录看作⽂件的⼀种类型,⽬录的数据是由⽬录项组成的，每个⽬录项存储⼀个⼦⽬录或⽂件的名称以及对应的索引节点号.当内核访问存储设备上的⼀个⽬录项时，会在内存中创建该⽬录项的⼀个副本：结构体dentry.
(6)当进程打开⼀个⽂件的时候，虚拟⽂件系统就会创建⽂件的⼀个打开实例file结构体，然后在进程的打开⽂件表中分配⼀个索引，这个索引称为⽂件描述符，最后把⽂件描述符和file结构体的映射添加到打开⽂件表中.
2.1 超级块雨棚梁
⽂件系统的第⼀块是超级块,⽤来描述⽂件系统的总体信息.当我们把⽂件系统挂载到内存中⽬录树的⼀个⽬录下时，就会读取⽂件系统的超级块，在内存中创建超级块的副本：结构体super_block，主要成员如下:
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