虚拟文件系统，是Linux内核里一个精妙且核心的存在设计，它给出了一个统一的抽象层面，使得上层的应用程序以及系统调用能够以一致的样式去访问各个不一样的特定类型的文件系统，像Ext4、XFS又或者NTFS就是这样的 文件系统。理解VFS，是深入Linux系统管理还有性能进行调优的关键的一环。
Linux虚拟文件系统如何工作
VFS的关键之处在于界定了一系列通用的数据结构，像超级块、inode、dentry以及文件对象。当应用程序开展一个文件操作之际，譬如打开文件，VFS会把这些通用操作转变为具体文件系统能够明白的调用。
这个进程对于用户来讲可谓是丝毫没有任何隐晦之处的。不管文件是被存储于硬盘之中，还是在内在里面，又或者是处于网络的另一头端的那一面，整个程序运用的皆是同样相同的open()、read()、write()这些接口。VFS承担着其中间环节的转换以及路由的相关职责，恰恰正是这样的种种相关设计，才使得Linux具备能够去支持极为丰富多样的文件系统类型这样的能力。
为什么需要虚拟文件系统
倘若不存在VFS，那每一个应用程序都得针对它有可能访问的每一种文件系统编写专门的代码。设想一下，你的文本编辑器要分别知晓读取Ext4分区里的文件、FAT32格式的U盘中的文件以及NFS网络共享域内的文件，这事将会是灾难性那般的糟糕。
存在诸多复杂状况，而VFS成功把这类复杂实现了消除linux虚拟文件系统，它担当着中间层的角色，有着承上启下的作用，在对上的层面，能够提供标准的POSIX接口，在对下的层面，有着规定出一套具体文件系统驱动全部都得进行实现的接口事宜，这对系统设计以及应用开发把那种复杂程度实现了极大的简化，它是Linux具备扩展性以及兼容性的基石 。
虚拟文件系统主要数据结构有哪些
代表一个已挂载的文件系统的超级块，存储着该文件系统诸如块大小、操作方法集合之类的整体信息。inode作为核心概念，代表文件系统之中某个对象（文件、目录等）linux虚拟文件系统，包含权限、所有者、数据块位置等元数据。
目录项缓存对目录与目录下文件间的关系予以管理，进而加速路径名查找。文件对象代表由进程打开的文件实例，其中涵盖当前读写位置、操作模式诸如此类的信息。这些结构彼此关联，一同构建起内核里文件访问的视图。
虚拟文件系统性能如何优化
关键的优化手段是dentry缓存，把路径名到inode的映射进行缓存，如此能够避免频繁呈现耗时状况的磁盘查找，像多次对/home/user/document做访问动作时，唯有初次访问时需要依照层级顺序去解析目录，而后续的访问会直接从缓存当中成功命中 。
inode缓存占据着同样关键的地位，它对最近有过使用记录的inode信息予以了保存。除此之外加以说明的是，预读算法能够对应用程序的读取模式作出预测，会预先把数据块加载至页缓存当中。对/proc/sys/vm/以及/proc/sys/fs/之下的相关内核参数实施调整linux 内核，能够针对特定负载对这些缓存的行为进行优化。
虚拟文件系统与具体文件系统怎么交互
这种交互借助一组有着严格定义的操作函数表达成，比方说，每一个呈现具体形态的文件系统都得供应自身存在的super_operations，这里面涵盖着alloc_inode、write_inode等函数指针，在VFS有需求去分配一个inode之际，它会去调用那个呈现具体形态的文件系统所注册的alloc_inode方法。
这种针对接口的设计，使得内核能够动态加载相关的文件系统模块。在挂载一个Btrfs分区这事上，内核负责加载与之关联的Btrfs模块，而这个Btrfs模块会把自身涵盖的操作函数集登记到VFS处。从这开始往后，对于该分区所进行的一切操作，皆由VFS予以接手并朝着Btrfs模块里对应的具体函数去进行传递处理。
学习虚拟文件系统有什么实际用处
在系统管理员范畴内，领会VFS有益于判明纷杂问题区域。一旦遭遇“too many open files”差错，您知晓其关联file结构体以及管控它们的表。于开展性能剖析之际，您能够运用dentry_stat、inode_stat等工具去查看缓存效能。
对于开发者而言，特别是那些从事存储或者内核相关开发领域工作的人员，掌握VFS模型属于必修课。它能够让你弄清楚文件操作从用户空间直至硬件设备的整个完整旅程。就算只是单纯编写高级应用，了解这些原理也会有助于书写出更具效率、更加可靠的具有文件I/O功能的代码。
于日常的运维或许开发里，你可曾碰见那么一个跟文件系统互相关联的棘手难题，最终发觉其根源是鉴于对VFS机制的理解短缺啊？欢迎于评论区去分享你的经历以及见解linux虚拟机，要是感觉这篇文章有可助益之处，请点赞并且分享给更多的朋友呀。
