前情提要

探索檔案系統

檢視現有檔案系統例項

檢視目錄掛載的檔案系統用量

檢視檔案系統掛載配置

檢視核心支援的檔案系統

開發檔案系統為什麼難？

核心檔案系統

FUSE 檔案系統

總結

原創不易，更多幹貨，歡迎關注公眾號：奇伢雲端儲存

前情提要

來一個硬核系列，得益於 Linux 一切皆檔案的哲學，把檔案系統玩轉的飛起。檔案系統所有人都聽過，都用過，但是就很少有人深究。

對於檔案系統，大家的態度可能是兩個極端，要麼就是覺得好深奧，好牛，你竟然懂這玩意！要麼就是，檔案系統是什麼鬼？不就是那個。。。我在 Linux 用過無數次的。這玩意還用得著講？ 這兩種態度可能都不合適，檔案系統作為一個深入我們生活的事物，我們不應去忽略它，也不要去抬高或者貶低。我們應該要去了解它，打破對它的恐懼，因為恐懼是對未知事物產生的一種情緒。平視它，瞭解清楚脈絡，從而掌握它。 小孩在為什麼總是學習東西很快？因為他們都是從形到意，先直觀的摸到，看到，嗅到，吃到，先感受到“形”，然後我們教導他這些東西是的含義。他們很快就接受了。 我們這個自制檔案系統，就是想從形意結合，讓讀者朋友能夠跟隨著筆者一起經歷一次檔案系統由 0 到 1 的過程，構建好知識框架，後續的深造將會得心應手。 好，話不多說，我們先從什麼是檔案系統講起，簡單介紹一些探索檔案系統的基礎知識。

探索檔案系統

檢視現有檔案系統例項

Linux 檔案系統相比大家都使用過。大家在自己的 Linux 上機器上執行

mount

命令就能看到當前系統上掛載的所有檔案系統：

mount

示例如下：

root@localhost：~# mount

sysfs on /sys type sysfs （rw，nosuid，nodev，noexec，relatime，seclabel）

proc on /proc type proc （rw，nosuid，nodev，noexec，relatime）

tmpfs on /dev/shm type tmpfs （rw，nosuid，nodev，seclabel）

/dev/mapper/cl-root on / type xfs （rw，relatime，seclabel，attr2，inode64，noquota）

。。。。

比如透過這一行資訊我們能看出來：

sysfs on /sys type sysfs （ro，nosuid，nodev，noexec，relatime）

資訊拆解分析：

sysfs

：檔案系統

名稱

；

/sys

：檔案系統目錄

掛載點

；

sysfs

：檔案系統

型別

（ro，nosuid，nodev，noexec，relatime）

：掛載引數

這裡蘊含的重要資訊：

同一個檔案系統型別是可以建立多個例項的，掛載在不同的掛載點，就跟面向物件裡的類和例項的關係；

基礎知識點：掛載點必須是目錄

；

其實，

mount

這個命令很強大，不僅能 list 所有的檔案系統，還能掛載檔案系統。如下：

掛載檔案系統

：

# 把已經格式化好的 /dev/sdb1 盤掛到 /mnt 目錄上

mount -t ext4 /dev/sdb1 /mnt/

對應解除安裝檔案系統命令

：

# 解除安裝 /mnt 的掛載點

umount /mnt

檢視目錄掛載的檔案系統用量

mount

命令能看到所有的掛載列表，但是如果你想要看到所有檔案系統的使用情況，則需要另一個命令：

df

。

df

命令用來檢視當前作業系統掛載的檔案系統和

使用情況

：

df -Tha

-T 引數能夠讓你看到所有的檔案系統例項的型別；

-h 引數能夠以更符合人類的友好的形式展示資料；

-a 引數展示所有的檔案系統，包括 0 Blocks 的檔案系統（預設是會過濾掉的）；

示例如下：

root@localhost：~# df -ahT

Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on

sysfs sysfs 0 0 0 - /sys

proc proc 0 0 0 - /proc

/dev/mapper/cl-root xfs 17G 11G 7。0G 60% /

。。。

注意，如果

df

沒有加

-a

引數，類似於上面 sysfs，proc 這種用量 0 的會被過濾掉。這也是

mount

和

df

兩個命令預設顯式資訊的區別。

檢視檔案系統掛載配置

檔案系統掛載可以透過

mount

命令直接掛載，但是

mount

命令掛載並沒有持久化，關機重啟就沒了。所以想要關機重啟之後，還能自動掛載到指定目錄，那麼就要把掛載規則寫到

/etc/fstab

檔案中，

fstab

就是 fs table 的縮寫，很容易理解。

作業系統在啟動的時候，就會解析這個檔案，並按照這個檔案裡的配置，自動掛載檔案系統了。

如下：

root@localhost：~# cat /etc/fstab

/dev/mapper/cl-root / xfs defaults 0 0

UUID=600e3771-af4a-48ca-a557-02204c9a48a5 /boot ext4 defaults 1 2

/dev/mapper/cl-swap swap swap defaults 0 0

fstab 的檔案格式：

<裝置標識> <掛載目錄> <檔案系統型別> <掛載引數>

從左到右引數拆解：

裝置標識：能夠標識到唯一的檔案系統所在的裝置，這裡可以是裝置路徑，也可以是 LABEL，或者 UUID；

掛載目錄：檔案系統掛載的目錄點；

檔案系統型別：比如 ext4，ext2，xfs 之類的；

掛載引數：可以填 defaults，也可以精細化配置，比如只讀還是可寫（rw/ro），同步刷盤還是非同步（async/sync），等等；

dump選項：讓你能控制檔案系統備份的頻率，0 表示不備份；

fsck選項：讓你控制是否開機用 fsck 自檢，0 表示不要；

檢視核心支援的檔案系統

這個直接去看核心模組即可：

ls /lib/modules/${kernel_version}/kernel/fs/

不同的 Linux 發行版略有不同，比如，centos 一般為：

ls -l /lib/modules/4。18。0-80。el8。x86_64/kernel/fs/

ubuntu 一般為：

ls -l /lib/modules/4。4。0-142-generic/kernel/fs/

在對應的目錄找到對應的 。ko 模組，比如

ext4。ko

，如果想看核心已經載入的核心模組，可以呼叫

lsmod

看到。

簡單普及一下 .ko 模組的知識：

ko

其實是

kernel object

的縮寫，這類檔案存在的意義其實和使用者態的 。so 庫類似，都是為了模組化的程式設計實踐。核心把核心主幹框架之外的功能拆解成模組，需要的時候就載入 ko 模組，不需要的時候解除安裝即可。這樣帶來的好處就是方便開發和使用，保持核心的核心程式碼極度精煉。

類似於檔案系統，硬體驅動等等，都是以這種形式來載入使用的。

開發檔案系統為什麼難？

為什麼檔案系統的開發大家會覺得非常難？原因其實不在於實現，而在於除錯和排障，因為早期檔案系統的開發只能在核心之中，這個帶來了非常高的門檻。

核心檔案系統

因為在此之前我們看到了檔案系統是位於核心之中， vfs 之下，塊儲存模組之上的一個位置。對外呈現檔案儲存實現，對下管理裸塊裝置。劃重點，檔案系統是位於核心的一個模組，那就可以理解了，核心模組的開發之所以艱難就是難在除錯和排障，使用者態的程式你可以隨意 debug，出問題最多也就是 panic，coredump，核心態的程式出了檔案就是宕機，所有現場都丟失，你只能透過日誌，kdump 等手段來排查。並且核心態程式的編寫是要注意非常多的規範的，比如記憶體分配，比使用者態的要謹慎的多。

那怎麼辦？我們本次的目標是要自制實現一個極簡的檔案系統，但總不能帶大家趟一次核心開發的坑吧！那可是要嚇退 99% 的小夥伴。

有辦法的，核心開發者考慮到了這個問題，又考慮到檔案系統的需求是千變萬化的，所以提供了一種手段，把 IO 路徑導向使用者態，由使用者態程式捕獲到 IO ，從而實現檔案的儲存，這個機制就叫 FUSE 機制。

FUSE 檔案系統

作為系列第一篇，我們不講 FUSE 的實現，而是透過一個動畫來演示 IO 的旅途：

這裡的路徑做了一些簡化，簡化了使用者態之上的邏輯處理，以後詳細解釋。

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總結

本篇文章是為後續鋪墊一些基礎知識，從

形

的方面，系統介紹了一些命令，告訴你檔案系統怎麼配置，怎麼掛載，怎麼檢視，怎麼獲取到使用詳情。這些基礎知識在後面自制檔案系統的時候，都要用上。這些 Linux 命令

都是幫助我們從檔案系統的外圍去用，去摸，去嗅，從而再去深入理解

。

我們目標不止如此，我們是要親手做一個檔案系統，動手做過一遍的東西，你對它理解也將會突飛猛進，更加深刻。

下面總結一下上面的基礎以上的知識：

mount

用來列舉檢視當前所有檔案系統例項，也能支援掛載命令（但

mount

掛載不會持久化，重啟就沒了），

umount

用來解除安裝；

/etc/fstab

是用來配置檔案系統掛載規則的，是持久化的配置，重啟不丟；

df -aTh

用來檢視每個檔案系統掛載目錄的詳情，包括空間使用量，總量，掛載點等資訊；

核心模組的功能以

ko

檔案的形式體現，在

/lib/modules/${kernel_version}/kernel/fs/

目錄可以看到支援的核心檔案系統模組，

lsmod

命令可以看到已經載入的核心模組；

檔案系統開發之所以難？是因為之前在核心中開發，核心開發最難的在於除錯和排障手段不方便。那檔案系統還有出路嗎？有，奇伢帶你

自制一個極簡的檔案系統

，基於 Linux 系統使用純 Go 語言來做哦，敬請期待後續，自己動手，理解更深；

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