FreeBSD中I_O系统的研究与分析.pdf

第24卷第7期计算机应用研究Vo.l24No.7
2007年7月ApplicationResearchofComputersJuly2007

FreeBSD中I/O系统的研究与分析*

潘学俭1,梁洪亮1,吕洪利2
(1.中国科学院软件研究所,北京100080;2.北京信息技术应用研究所,北京100091)

摘要:FreeBSD操作系统提供了一个性能突出、便于扩展、灵活性高的经典I/O子系统。通过分析FreeBSD内
核源代码对I/O子系统进行了深入研究,并以一个读请求的实例清晰地展示了其输入/输出操作的整个流程。
关键词:输入/输出系统;FreeBSD;虚拟文件系统层
中图分类号:TP316.81文献标志码:A文章编号:10013695(2007)07007504

DesignandImplementationofInput/OutputSubsystemofFreeBSD

PANXuejian1,LIANGHongliang1,LVHongli2
(1.InstituteofSoftware,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China;2.BeijingInstituteofInformationTechnologyAppication,Bei
jing100091,China)

Abstract:FreeBSDsI/Osystemissuchanefficien,textensibleandflexibleone.Thispaperstudiedthedesignandmiple
mentationoftheI/OsubsystemofFreeBSD.Andtoshowtheinteriortruthclearly,itprovidedtheprocessofareadingI/Ore
ques.t
Keywords:input/outputsystem;FreeBSD;virtualfilesystem

FreeBSD是一类稳定、高效、可靠的操作系统,它既可以用11虚拟文件系统层(VFS)
于大型服务器上也可以应用在个人计算机上从而使得个人
,,现代操作系统大都支持多种文件系统。要实现这个目的,
也能拥有高性能的工作站。在研发国产的过程中
UNIXOS,就要将对各种不同文件系统的操作和管理纳入到一个统一的
笔者对FreeBSD内核进行了深入研究和分析。本文描述了在
框架中,让内核中的文件系统界面成为一条文件系统总线,而
FreeBSDI/O子系统上的研究工作。具体文件系统成为连接在其上的插槽。用户程序可以通过同
一个文件系统操作界面,即一组系统调用,对各种不同的文件
1I/O系统的整体架构
系统(以及文件)进行操作。因此,虚拟文件系统为用户程序
FreeBSDI/O系统的层次划分非常明确。用户程序发出的提供统一、抽象、虚拟的文件系统界面,隐去了各种不同文件系
I/O请求通过系统调用进入内核后,先后要经过虚拟文件系统统的实现细节[1]。对于具体文件系统来说,VFS是一个管理
层、具体文件系统层、GEOM层、ATA/CAM层,才能最终被硬件者,而对内核其他子系统来说,VFS是它们与具体文件系统的
接收并处理(图1)。I/O操作的执行过程,实际就是I/O请求一个接口。
从上到下层层发送的过程。在不同层次I/O请求的数据结构VFS的作用主要有:
分别为uio->buf->bio->ata_request。(1)对具体文件系统的数据结构进行抽象,以一种统一的
数据结构进行管理;
(2)接收用户层的系统调用,如write、open、stat、link等;
(3)支持多种具体文件系统之间的相互访问;
(4)接收内核其他子系统,特别是内存管理子系统的操作
请求。
每个文件在虚拟文件系统层由一个vnode数据结构代表,
它是文件系统的最高层抽象。Vnode向具体的文件系统提供
统一接口,在FreeBSD中实际上就是一个函数指针的数组(由
具体文件系统提供的相应函数)。一个具体文件系统想要被
FreeBSD支持,必须按照这个接口编写自己的操作函数,将自
己的细节对内核其他子系统隐藏起来。实际上,要支持一个新
的文件系统,主要任务就是编写这些接口函数。

收稿日期:20060301;修返日期:20060517基金项目:国家科技部攻关计划资助项目(2005BA113A02);国家发改委资助项目
作者简介:潘学俭,硕士研究生,主要研究方向为系统软件和信息安全([e-mail]);梁洪亮,副研究员,博士,主要研究方向为计算机安
全与系统软件;吕洪利(1974),女,博士,主要研究方向为信息安全.
76计