基于FUSE实现一个文件系统

2017年11月21日 programming project # operating system

FUSE

文件系统是一种用来存储和组织计算机文件、目录及其包含的数据的方法，它使文件、目录以及数据的查找和访问得到简化。FUSE（Filesystem in Userspace）是用户级文件系统连接到Linux内核的接口。 使用FUSE我们不需要进行内核级的编程而可以直接创建操作系统。

• 三大模块
  • 内核模块
  • Libfuse模块
  • 用户程序模块

fuse内核实现VFS接口，传递给libfuse，再传递值用户程序接口进行实现操作

要使用FUSE来创建一个文件系统，需要声明一个fuse_operations类型的结构变量，并将其传递给fuse_main函数。fuse_operations结构中有一个指针，指向在执行适当操作时需要调用的函数。

struct fuse_operations {  
    int (*getattr) (const char *, struct stat *);  
    int (*readlink) (const char *, char *, size_t);  
    int (*getdir) (const char *, fuse_dirh_t, fuse_dirfil_t);  
    int (*mknod) (const char *, mode_t, dev_t);  
    int (*mkdir) (const char *, mode_t);  
    int (*unlink) (const char *);  
    int (*rmdir) (const char *);  
    int (*symlink) (const char *, const char *);  
    int (*rename) (const char *, const char *);  
    int (*link) (const char *, const char *);  
    int (*chmod) (const char *, mode_t);  
    int (*chown) (const char *, uid_t, gid_t);  
    int (*truncate) (const char *, off_t);  
    int (*utime) (const char *, struct utimbuf *);  
    int (*open) (const char *, struct fuse_file_info *);  
    int (*read) (const char *, char *, size_t, off_t, struct fuse_file_info *);  
    int (*write) (const char *, const char *, size_t, off_t,struct fuse_file_info *);  
    int (*statfs) (const char *, struct statfs *);  
    int (*flush) (const char *, struct fuse_file_info *);  
    int (*release) (const char *, struct fuse_file_info *);  
    int (*fsync) (const char *, int, struct fuse_file_info *);  
    int (*setxattr) (const char *, const char *, const char *, size_t, int);  
    int (*getxattr) (const char *, const char *, char *, size_t);  
    int (*listxattr) (const char *, char *, size_t);  
    int (*removexattr) (const char *, const char *);  
};  

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用户程序实现

• 获取参数(strtol)
• 分配空间
• 读取已有文件
• fuse_main
  • .getattr
  • .readdir
  • .mkdir
  • .rmdir
  • .read
  • .write
  • .unlink

结构设计

• name
• sameLevelNext
• nextLevelStart
• nextFileBlockNum
• type
• mode
• dataSize
• data

设计问题

• 每个block的大小设置
  • 大了存小文件浪费空间
  • 小了meta data太多浪费空间
• meta data内的数据（结构设计）
  • 为了简便，所有的的数据都在block内
  • block[0]是/
  • 所有block都必须记录其所在文件的meta data – 浪费空间（考虑比率）
  • 优化：
    • 参考FAT: 建立FAT表和文件表
    • 参考Ext: 多重索引
  • link支持
    • 参考Ext
    • symbolic link: 指向名字
    • hard link: 指向同一个inode
  • 更多文件类型支持(socket)