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1 虚拟文件系统

news 2026/5/9 3:43:51

1.Linux 内核核心作用

Linux 内核是操作系统的核心底层程序，介于硬件和应用程序之间，是整个系统的「大管家」，核心作用分 7 大类：

1. 进程管理（任务调度）

1.负责创建、销毁、暂停、恢复进程/线程2.时间片轮转调度，让CPU同时跑多个程序3.进程优先级、抢占式调度、进程间通信（IPC）

2. 内存管理

1.管理整机物理内存、虚拟内存2.实现分页、分段、内存交换（Swap）3.给每个进程分配独立虚拟地址空间，隔离互不干扰4.内存回收、缓存/缓冲区管理

3. 设备驱动管理

1.对接硬件：硬盘、网卡、显卡、USB、外设等2.提供统一驱动框架，屏蔽硬件差异3.向上给应用提供标准接口，向下控制硬件寄存器

4. 文件系统管理

1.支持多种文件系统：Ext4、XFS、NTFS、FAT32等2.统一虚拟文件系统VFS抽象层3.管理文件读写、权限、目录、挂载、磁盘配额

5. 网络协议栈

1.内置完整TCP/IP协议栈2.处理网卡收发包、路由、端口、套接字（Socket）3.支持网桥、虚拟网卡、VPN、防火墙（Netfilter/iptables）

6. 系统调用接口

1.给上层应用提供系统调用（open/read/write/fork 等）2.应用不能直接操作硬件，必须通过内核系统调用陷入内核态执行

7. 权限与安全、资源隔离

1.用户/权限管理、UID/GID、文件权限2.支持Namespace、Cgroup容器隔离（Docker底层依赖）3.系统资源限制（CPU、内存、IO配额）4.内核安全机制、地址空间随机化、权限管控

2.文件系统

2.1 什么是文件系统？

操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。 通常文件系统是用于存储和组织文件的一种机制，便于对文件进行方便的查找与访问。 文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。 它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。 随着文件种类的增多，扩增了更多的文件系统，为了对各种文件系统进行统一的管理与组织。

2.2 Linux文件系统

Linux将文件系统分为了两层：VFS（虚拟文件系统）、具体文件系统，如下图所示：

VFS（Virtual Filesystem Switch）称为虚拟文件系统或虚拟文件系统转换，是一个内核软件层，在具体的文件系统之上抽象的一层，用来处理与Posix文件系统相关的所有调用，表现为能够给各种文件系统提供一个通用的接口，使上层的应用程序能够使用通用的接口访问不同文件系统，同时也为不同文件系统的通信提供了媒介。

VFS并不是一种实际的文件系统，它只存在于内存中，不存在任何外存空间，VFS在系统启动时建立，在系统关闭时消亡。

VFS由超级块、inode、dentry、vfsmount等结构来组成。

Linux系统中存在很多的文件系统，例如常见的ext2,ext3,ext4,sysfs,rootfs,proc…等等。

2.3 VFS

VFS在linux架构中的位置
从用户的使用角度，Linux下的文件系统中宏观上主要分为三层：

1.上层的文件系统的系统调用（System-call ）； 2.虚拟文件系统VFS(Virtual File System)层， 3.挂载到VFS中的各种实际文件系统。

VFS在整个Linux系统中的架构视图如下：

Linux系统的User使用GLIBC（POSIX标准、GUN C运行时库）作为应用程序的运行时库，然后通过操作系统，将其转换为系统调用SCI（system-call interface），SCI是操作系统内核定义的系统调用接口，这层抽象允许用户程序的I/O操作转换为内核的接口调用。