文档介绍：Linux FUSE源代码分析
一、Fuse简要介绍
FUSE(用户空间文件系统)是这样一个框架,它使得FUSE用户在用户态下编写文件系统成为可能,而不必和内核打交道。FUSE由三个部分组成,linux内核模块、FUSE库以及mount 工具。用户关心的只是FUSE库和mount工具,内核模块仅仅提供kernel的接入口,给了文件系统一个框架,而文件系统本身的主要实现代码位于用户空间中。 FUSE库给用户提供了编程的接口,而mount工具则用于挂在用户编写的文件系统。
FUSE起初是为了研究AVFS(A Virtual Filesystem)而设计的,e的一个独立项目,目前适用的平台有Linux, FreeBSD, NetBSD, OpenSolaris和Mac OS X。官方的linux ,,用户如果要在FUSE中创建一个文件系统,需要先安装一个FUSE内核模块,然后使用FUSE库和API来创建。
什么是Fuse
传统的文件系统是操作系统的一部分,放在操作系统内核里面实现。Fuse(Filesystem in Userspace), 一个用户空间文件系统框架,提供给我们一组用于实现一个文件系统的API,使我们可以在用户态实现自已的文件系统。。
(注:操作系统中的用户态指权限等级中的一般级别,与之相对的是超级用户或者管理员的特权级别。用户态启动的每个进程,根据运行该进程的登录用户,都被系统赋予一定的权限,另外也有一些限制。)
优缺点
传统文件系统都是定义在操作系统内核层面上的,要操作系统识别一种新的文件系统,必需重写内核,而内核态代码难以调试,生产率较低;但是用户空间编程和调试难度较小,有更多的语言可以选择(目前FUSE已经绑定了很多语言,比如c++、java等),还可以复用已有的库),从而能够大幅提高生产率,极大地简少了为操作系统提供新的文件系统的工作量。
一些服务可以通过统一的文件系统接口来进行访问,比如说ftp、sftp、samba
可以把非文件的服务当做文件来实现,比如把gmail提供的巨大的空间用来进行文件存储的Gmail Filesystem。
在用户态实现文件系统必然会引入额外的内核态/用户态切换带来的开销,对性能会产生一定影响。
二、FUSE特性
a、库文件和 API简单,极大地方便了用户的使用
b、安装简便,不需要加补丁或者重新编译 kernel
c、执行安全,使用稳定
d、高效,相对于其它用户态文件系统实例
e、非特权用户可以使用
f、基于 和 内核,现在可以支持JavaTM 绑定,不必限定使用C和C++来编写文件系统
三、源代码目录:
./doc 包含FUSE相关文档
./include 包含了FUSE API头,对创建文件系统有用,
./lib 存放FUSE库的源代码
./util 包含了FUSE工具库的源代码
./example 参考的例子
四、安装
FUSE的源码安装类似于其他软件,只需要在FUSE的源码目录下执行如下命令即可:
./configure
make
make install(以root身份执行)
五、FUSE operations
FUSE使用fuse_operations来给用户提供编程结构,让用户通过注册自己编写的函数到该结构体来实现自己的文件系统。
六、Fuse文件系统的结构
fuse包括三个模块:用户空间库,内核模块以及mount工具
1)用户空间库给程序员提供编程接口,程序员通过实现fuse提供的两组接口fuse_lowlevel_ops, fuse_operations之一即可实现一个用户空间文件系统
2)内核模块实现了一个完整文件系统的框架,但具体操作没有实现(由程序员在用户空间实现)
3)mount工具fusermount用于挂载基于fuse的文件系统
Fuse在用户空间工作的流程图
通过这幅图可以看到三个模块在fuse工作时所起的作用
fuse_main() (lib/)——fuse用户空间主函数,用户程序调用它时,fuse_main()函数解析相关参数(如mountpoint,multithreaded),并调用fuse_mount()函数,接着调用fuse_new()函数,为fuse文件系统数据分配存储空间。最后调用fuse_loop()函数实现会话的接受与处理。
fuse_mount() (lib/)——创建UNIX本地套接口,创建并运行子进程