深入理解Linux文件系统之文件系统挂载(上)
时间：2021-07-02 06:40:27
[导读]本文主要讲解文件系统挂载核心逻辑，暂不涉及挂载命名空间和绑定挂载等内容（后面的内容可能会涉及），且以ext2磁盘文件系统为例讲解挂载。
1.开场白
- 环境：处理器架构：arm64内核源码：linux-5.11ubuntu版本：20.04.1代码阅读工具：vim ctags cscope
注：本文主要讲解文件系统挂载核心逻辑，暂不涉及挂载命名空间和绑定挂载等内容（后面的内容可能会涉及），且以ext2磁盘文件系统为例讲解挂载。本专题文章分为上下两篇，上篇主要介绍挂载全貌以及具体文件系统的挂载方法，下篇介绍如何通过挂载实例关联挂载点和超级块。
2. vfs 几个重要对象
在这里我们不介绍整个IO栈，只说明和文件系统相关的vfs和具体文件系统层。我们知道在Linux中通过虚拟文件系统层VFS统一所有具体的文件系统，提取所有具体文件系统的共性，屏蔽具体文件系统的差异。VFS既是向下的接口（所有文件系统都必须实现该接口），同时也是向上的接口（用户进程通过系统调用最终能够访问文件系统功能）。下面我们来看下，vfs中几个比较重要的结构体对象：
2.1 file_system_type
这个结构来描述一种文件系统类型，一般具体文件系统会定义这个结构，然后注册到系统中；定义了具体文件系统的挂载和卸载方法，文件系统挂载时调用其挂载方法构建超级块、跟dentry等实例。文件系统分为以下几种：
1）磁盘文件系统
文件在非易失性存储介质上(如硬盘，flash)，掉电文件不丢失。
如ext2,ext4,xfs
2）内存文件系统
文件在内存上，掉电丢失。
如tmpfs
3）伪文件系统
是假的文件系统，是利用虚拟文件系统的接口（可以对用户可见如proc、sysfs,也可以对用户不可见内核可见如sockfs,bdev）。
如proc,sysfs,sockfs,bdev
4）网络文件系统
这种文件系统允许访问另一台计算机上的数据，该计算机通过网络连接到本地计算机。
如nfs文件系统
结构体定义源码路径：include/linux/fs.h 2226
2.2 super_block
超级块，用于描述块设备上的一个文件系统总体信息（如文件块大小，最大文件大小，文件系统魔数等），一个块设备上的文件系统可以被挂载多次，但是内存中只能有个super_block来描述（至少对于磁盘文件系统来说）。结构体定义源码路径：include/linux/fs.h 1414
2.3 mount
挂载描述符，用于建立超级块和挂载点等之间的联系，描述文件系统的一次挂载，一个块设备上的文件系统可以被挂载多次，每次挂载内存中有一个mount对象描述。结构体定义源码路径：fs/mount.h 39
2.4 inode
索引节点对象，描述磁盘上的一个文件元数据（文件属性、位置等），有些文件系统需要从块设备上读取磁盘上的索引节点,然后在内存中创建vfs的索引节点对象，一般在文件第一次打开时创建。结构体定义源码路径：include/linux/fs.h 610
2.5 dentry
目录项对象，用于描述文件的层次结构，从而构建文件系统的目录树，文件系统将目录当作文件，目录的数据由目录项组成，而每个目录项存储一个目录或文件的名称和索引节点号等内容。每当进程访问一个目录项就会在内存中创建目录项对象（如ext2路径名查找中，通过查找父目录数据块的目录项，找到对应文件/目录的名称，获得inode号来找到对应inode）。结构体定义源码路径：include/linux/dcache.h 90
2.6 file
文件对象，描述进程打开的文件，当进程打开文件时会创建文件对象加入到进程的文件打开表，通过文件描述符来索引文件对象，后面读写等操作都通过文件描述符进行（一个文件可以被多个进程打开，会由多个文件对象加入到各个进程的文件打开表，但是inode只有一个）。结构体定义源码路径：include/linux/fs.h 915
3. 挂载总体流程
3.1系统调用处理
用户执行挂载是通过系统调用路径进入内核处理，拷贝用户空间传递参数到内核，挂载委托do_mount。//fs/namespace.c
SYSCALL_DEFINE5(mount
参数：
dev_name 要挂载的块设备
dir_name 挂载点目录
type 文件系统类型名
flags 挂载标志
data 挂载选项
-> kernel_type = copy_mount_string(type); //拷贝文件系统类型名到内核空间
-> kernel_dev = copy_mount_string(dev_name) //拷贝块设备路径名到内核空间 -> options = copy_mount_options(data) //拷贝挂载选项到内核空间
-> do_mount(kernel_dev, dir_name, kernel_type, flags, options) //挂载委托do_mount
3.2 挂载点路径查找
挂载点路径查找，挂载委托path_mountdo_mount
-> user_path_at(AT_FDCWD, dir_name, LOOKUP_FOLLOW,
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