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    Linux VFS Socket技術深度解析
    linux vfs socket

    欄目:技術大全 時間:2024-12-09 22:20



    Linux VFS與Socket:深度解析與系統編程的基石 在Linux系統編程的世界里,虛擬文件系統(Virtual Filesystem, VFS)和網絡套接字(Socket)是兩個至關重要的概念

        它們分別代表了文件系統操作的抽象層和跨網絡通信的接口

        理解并熟練運用這兩者,是掌握Linux系統編程的關鍵

        本文將從VFS的基本概念出發,逐步深入到Socket編程的基礎,旨在為讀者提供一個全面而深入的視角

         VFS:Linux的核心抽象層 VFS,即虛擬文件系統,是Linux內核中的一個非常核心的概念

        它作為文件系統操作的抽象層,為應用程序員提供了一層屏蔽底層文件系統差異的抽象

        不同的文件系統,如Ext2/3、XFS、FAT32等,具有不同的結構,而用戶調用如`open`等文件I/O函數時,如果直接面對這些底層差異,將極大地增加編程的復雜性

        因此,Linux引入了VFS的概念,相當于是Linux自建了一個新的貯存在內存中的文件系統,所有其他文件系統都需要先轉換成VFS的結構才能為用戶所調用

         VFS的構建與結構 VFS的構建過程,實質上是加載實際文件系統的過程,也就是`mount`命令被調用的過程

        以掛載一個Ext2文件系統為例,`mount`命令的一般形式為`mount /dev/sdb1 /mnt/mysdb1`,其中`/dev/sdb1`是設備名,`/mnt/mysdb1`是掛載點

         VFS文件系統的基本結構由`dentry`結構體與`inode`結構體組成

        `dentry`代表一個文件目錄中的一個點,可以是目錄也可以是文件

        而`inode`則代表一個在磁盤上的文件,它與磁盤文件一一對應

        需要注意的是,`inode`與`dentry`不一定一一對應,一個`inode`可能會對應多個`dentry`項

         在掛載文件系統時,Linux首先找到磁盤分區的super block,然后通過解析磁盤的`inodetable`與`file data`,構建出自己的`dentry`列表與`inode`列表

        這一過程對于Ext2/3等Linux原生文件系統而言相對簡單,但對于其他文件系統則可能會慢得多

         VFS的dentry cache與文件定位 為了避免資源浪費,VFS采用了`dentry cache`的設計

        當有用戶用`ls`命令查看某一個目錄或用`open`命令打開一個文件時,VFS會為這里用的每個目錄項與文件建立`dentry`項與`inode`,即“按需創建”

        然后維護一個LRU(Least Recently Used)列表,當Linux認為VFS占用太多資源時,VFS會釋放掉長時間沒有被使用的`dentry`項與`inode`項

         由于`dentry cache`的存在,文件的定位方式也分為兩種:有`dentry`時定位與無`dentry`時定位

        在有`dentry`時,可以通過`dentry`中的`d_subdirs`快速定位到目標文件;而在無`dentry`時,則需要通過遍歷`inode`列表和解析目錄文件數據來重建`dentry`和`inode`

         Socket:網絡通信的橋梁 在Linux系統編程中,Socket是網絡編程的基礎

        它提供了跨網絡通信的接口,使得不同主機上的應用程序能夠進行通信

        互聯網通過TCP/IP協議完成通信,而Socket把TCP/IP復雜的協議族集成為相關函數,通過調用Socket相關函數就可以完成網絡通信

         Socket的分類與工作原理 Socket分為流Socket和數據報Socket

        流Socket提供了一個可靠的雙向的字節流通信信道,即保證發送者傳輸的數據會完整地到達接收程序,它使用了傳輸控制協議(TCP)

        數據報Socket允許數據以消息的形式進行交換,但數據傳輸是不可靠的,消息的到達可能是無序的、重復的或根本無法到達,它使用了用戶數據報協議(UDP)

         流Socket通常分為主動Socket和被動Socket,被動Socket通常也叫服務器,主動Socket通常叫客戶端

        Socket編程的基本流程如下: 1.服務器端:

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