리눅스 커널 서브시스템 - 가상 파일 시스템(Virtual File System)

Parent Content: 리눅스 OS와 서브시스템(논문: Conceptual Architecture of the Linux Kernel)

 

가상 파일 시스템(VFS-Virtual File System)은 리눅스 커널의 5가지 주요 서브시스템 중 하나로, 모든 디바이스에 공통 파일 인터페이스(open, stat, read, write, chmod 등)를 제공하여 다양한 하드웨어 디바이스의 세부 정보를 추상화하며 클라이언트 응용 프로그램이 여러 파일 시스템에 같은 방법으로 접근할 수 있게 해 주는 소프트웨어 레이어입니다: [1]

 

예를 들어 파일을 여는 open() 함수가 실제 파일 시스템 유형(예:ext2, ext4...)에 상관없이 동일하게 작동할 수 있는 이유는 요청이 VFS 레이어를 거쳐 실제 파일 시스템에 전달되기 때문입니다. VFS는 각 파일 시스템 유형에 대한 함수 포인터 테이블을 가지고 있으며, 이 테이블은 해당 파일 시스템의 동작을 정의하는 함수를 가리키는 포인터로 구성되어 있습니다.

 

예를 들어 ext4 파일 시스템이 VFS에 등록될 때, 해당 파일 시스템 유형에 대한 open() 함수와 같은 동작을 수행하는 함수 포인터가 VFS 테이블에 추가됩니다. 따라서 해당 함수들은 각각의 파일 시스템 유형별로 파일 시스템 모듈 내에 함수 동작이 포함된 구조체가 구현되어 있어야 합니다. open() 함수가 호출될 때, VFS는 해당 파일 시스템의 함수 포인터를 사용하여 실제 동작을 수행합니다.

 

 

Figure 1.1: [4]

 

요약하면, 각 파일 시스템 내에는 VFS와 상호작용 하기 위한 함수와 구조체가 구현되어 있으며, 이러한 함수들은 VFS 테이블에 등록되어 VFS가 파일 시스템 유형을 인식하고 해당 함수를 호출할 수 있게 됩니다. VFS는 이런 방식으로 다양한 파일 시스템 유형을 지원하고, 각 파일 시스템은 해당 동작을 처리하기 위한 함수를 자체 파일 시스템 모듈에 구현합니다. 이로 인해 파일 시스템의 처리를 응용 프로그램에 노출시키지 않을 수 있으며, 이는 리눅스 시스템을 보다 유연하게 만들어주고 확장성을 제공합니다.

 

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더 읽어보기: VFS Operations - File Open

- Given a file path, an open mode and a file permissions mask

Entry function: sys_open, in fs/open.c.
Underlying open function: filp_open, in fs/open.c.

 

- Allocate a free file descriptor.
- Try to open the file.
- On success, put the new 'struct file' in the fd table of the process.
- On error, free the allocated file descriptor. 

 

Actually Opening The File

Entry function: open_namei, in fs/namei.c.

Case (1): Create mode가 아닌 상태에서 파일 open (file already exists, no O_CREAT flag given)
    If not opening in create mode (no O_CREAT flag given):
    lookup the file via the dentry cache (path_lookup -> path_walk -> link_path_walk).

 

Case (2): Create mode 상태에서 파일 open(open with create)
    Otherwise (it is an open in create mode):
        Lookup the parent directory (path_lookup again). If it does not exist, or is not a directory - fail the operation.
        Lookup the file in the parent directory. If it does not exist, create it (see vfs_create later on).
        Handle special cases (flags mismatch, file is a directory, file is a link...). 

 

Case (1),(2) 공통사항:
        Perform sanity checks.
        Check permissions.
        Check various mode limitations (e.g. file is read-only and trying to open for write, trying to open a device file on a 'no_dev' file-system mount, etc.).
        Handle truncation. 

 

 

References:

[1] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B0%80%EC%83%81_%ED%8C%8C%EC%9D%BC_%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C

가상 파일 시스템 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

[2] https://hyeyoo.com/84

[Linux Kernel] 가상 파일시스템이란 (VFS, Virtual Filesystem Switch)

 

[3] https://www.kernel.org/doc/html/latest/filesystems/vfs.html

Overview of the Linux Virtual File System — The Linux Kernel documentation

[4] http://haifux.org/lectures/119/linux-2.4-vfs/linux-2.4-vfs.html

The VFS (Virtual File System) in Linux Kernel V2.4