个人学习-Linux文件系统架构
1. 参考文章
[1]https://blog.csdn.net/Holy_666/article/details/86532671
[2]CSDN博主土豆西瓜大芝麻:[Linux的VFS详解]:https://blog.csdn.net/jinking01/article/details/90669534
[3]深入理解 Linux的 I/O 系统:https://z.itpub.net/article/detail/9595A9A27188FF73810F07F00DAA08ED
[4]Linux嵌入式的知乎专栏:https://zhuanlan.zhihu.com/p/505338841
[5]博客园博主[李大嘴]：[字符设备和块设备的区别]https://www.cnblogs.com/qlee/archive/2011/07/27/2118406.html
[6]博客园博主[赛艇队长]:[Linux文件系统详述]https://www.cnblogs.com/bellkosmos/p/detail_of_linux_file_system.html
[7]StackExchange:[What are directories, if everything on Linux is a file?]
[8] [The Linux Documentation Project: Filesystem]http://www.tldp.org/LDP/tlk/fs/filesystem.html#tth_sEc9.1.4)
2. 概述：
本文主要从四个角度对Linux文件系统进行总结整理；
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Linux文件系统的组织方式;
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Linux的VFS机制和统一文件模型(common file model);
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Linux系统IO缓冲机制;
3. Linux文件组织方式：
3.1 基础知识：
? 老调重弹：Linux设计的思路，就是一切皆文件，因此Linux中的一切文件都以文件格式保存，而文件根据各自不同的功能分为一下几类：
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普通文件：
-,常规的文件类型，在Linux中，以.开头的文件为隐藏文件；
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目录文件；
d, 目录文件，目录文件实际包含两部分Inode和entry(实际所有文件都是这样，不同的是，目录中保存了相关文件的信息);
Linux通过Inode结构体存储目录的基础信息，系统调用stat()，用来访问这个结构和相应信息。
? (图1 源自引用文献[7])
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字符设备文件；
? c, character device,字符设备是以字符为最小单位进行数据交互的文件，用以驱动字符交互的应用，如键盘（有文章提到oracle是以字符为格式进行数据传输的，记个ToDo);
? 而对于字符设备而言，仅支持顺序访问数据，不支持随机访问。
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块设备文件；
B,block device driver
? 块设备传输，实际是以固定大小进行数据传输的文件类型，和字符设备不同的是，block支持我们对设备随机访问。最典型的例子即硬盘，操作系统/数据库/其他和磁盘交互应用，实际可以根据自己的规则，去随机访问磁盘的位置，去在该位置写入数据。而通过块设备进行读写时，也需要以bolck为最小单位进行操作(实际上，无论是OS还是DBS，都是以Page去容纳多个Block，然后通过Page进行数据加载，然后以block进行数据解析的)
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符号链接；（软链接，硬链接实际是生成了一个相应文件，该文件名和原始文件名指向同一个inode）:
? 符号链接可以理解成一种快捷方式，允许我们通过符号链接快速访问目标文件。
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套接字；
S,socket,用于网络通信的文件，通过套接字API形成的一个简单协议族，成对出现进行通信。
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管道；
? P,进行进程间通信的文件，将一个进程的输出，通过管道，输入到另一个文件。
3.2 文件系统的基本组成
? (Note: 本部分仅介绍基础部分，磁盘分区，初始化，数据在磁盘上的组织后续再进行补充)
? Linux操作系统支持很多不同的文件系统，ext2,ext3,XFS,FAT等等，而Linux把对不同文件系统的访问，交给VFS(virtual file system)来进行。
? Linux的文件系统会为每个文件分配两个数据结构：
? 索引节点(index node) 和 目录项(directory entry)，用来记录文件的元信息(meta data)如inode编号，文件大小，访问权限，修改时间，磁盘位置等。索引节点和磁盘上的每个物理文件相对应，而索引节点本身，也存储在磁盘上。
? 目录项(directory entry)用来记录文件的名字，索引节点指针，和其他目录项的层次关系。多个目录项关联起来，就形成了目录结构，和索引节点不同，目录项是由内核维护的数据结构，缓存在内存中；（note:实际上系统启动时，会将相应的数据，加载到树形结构中，维护在内存中）
目录项的结构体，dentry
struct dentry {
atomic_t d_count; /* 目录项引用计数器 */
unsigned int d_flags; /* 目录项标志 */
struct inode * d_inode; /* 与文件名关联的索引节点 */
struct dentry * d_parent; /* 父目录的目录项 */
struct list_head d_hash; /* 目录项形成的哈希表 */
struct list_head d_lru; /*未使用的 LRU 链表 */
struct list_head d_child; /*父目录的子目录项所形成的链表 */
struct list_head d_subdirs; /* 该目录项的子目录所形成的链表*/
struct list_head d_alias; /* 索引节点别名的链表*/
int d_mounted; /* 目录项的安装点 */
struct qstr d_name; /* 目录项名（可快速查找） */
unsigned long d_time; /* 由 d_reva lidate函数使用 */
struct dentry_operations *d_op; /* 目录项的函数集*/
struct super_block * d_sb; /* 目录项树的根 （即文件的超级块）*/
unsigned long d_vfs_flags;
void * d_fsdata; /* 具体文件系统的数据 */
unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN]; /* 短文件名 */
};
通过stat访问得到的Inode信息
struct stat { /* when _DARWIN_FEATURE_64_BIT_INODE is NOT defined */
dev_t st_dev; /* device inode resides on */
ino_t st_ino; /* inode's number */
mode_t st_mode; /* inode protection mode */
nlink_t st_nlink; /* number of hard links to the file */
uid_t st_uid; /* user-id of owner */
gid_t st_gid; /* group-id of owner */
dev_t st_rdev; /* device type, for special file inode */
s