深入了解Linux挂载表，提高系统性能-猿码集

1. 挂载表是什么？

在Linux系统中，挂载表是用来管理文件系统挂载的重要数据结构。它记录了每个文件系统的挂载信息，包括挂载点、文件系统类型、挂载选项等。通过挂载表，系统可以实现将文件系统挂载到指定的挂载点上，使得用户可以访问并操作该文件系统中的文件和目录。

挂载表的数据结构在内核中是以一个链表的形式来表示的。通过遍历挂载表链表，系统可以找到某个文件系统挂载的相关信息，并根据这些信息来进行相应的操作。

2. 挂载表的作用

挂载表的主要作用是实现文件系统的挂载和卸载。当用户需要访问某个文件系统时，可以使用挂载表来将该文件系统挂载到指定的挂载点上。挂载点可以是一个目录，当文件系统挂载到该目录后，用户就可以通过该目录来访问和操作文件系统中的文件和目录。同样地，当用户不再需要访问某个文件系统时，可以使用挂载表来卸载该文件系统，释放系统资源。

此外，挂载表还可以用来管理文件系统的参数和选项。每个文件系统都可以有自己的特定参数和选项，比如读写权限、磁盘配额、缓存策略等。通过挂载表，系统可以将这些参数和选项与相应的文件系统关联起来，从而实现对文件系统的管理和控制。

3. 挂载表的数据结构

在Linux内核中，挂载表的数据结构是一个struct mount结构体。该结构体定义在/include/linux/mount.h文件中，包含了与文件系统挂载相关的各种信息和选项。


struct mount {
    struct vfsmount mnt;
    struct mountpoint *mnt_mp;
    char *mnt_devname;
    int mnt_id;
    __u64 mnt_generation;
    struct hlist_node mnt_mp_list;
    struct hlist_head mnt_mounts;
    struct list_head mnt_pinned;
    struct list_head mnt_child;
    struct list_head mnt_instance;
};

其中，struct vfsmount表示一个文件系统的挂载实例，包含了与具体文件系统相关的信息，如文件系统类型、根节点等。struct vfsmount定义在/include/linux/mnt_namespace.h文件中。

struct mountpoint用于表示挂载点的相关信息，包括挂载点的路径、父挂载点等。struct mountpoint定义在/include/linux/mount.h文件中。

4. 挂载表的管理

挂载表的管理主要包括挂载点的查找、挂载点的增加和删除等操作。

4.1. 查找挂载点

在Linux内核中，查找挂载点使用的是一个树状结构。挂载表中的每个挂载点都可以有一个或多个子挂载点，形成一个树状结构。通过遍历树状结构，可以快速找到某个文件系统挂载的位置。


struct mount *find_mountpoint(struct vfsmount *mnt, struct dentry *dentry)
{
    struct mountpoint *mp;
    struct mount *parent;
    struct mount *p;
    mp = __find_mountpoint(mnt, dentry);
    if (mp)
        return mp->m_dentry->d_mount->mnt;
    
    parent = mnt->mnt_parent;
    if (parent->mnt_parent == parent)
        return ERR_PTR(-ENOENT);
    
    p = find_mountpoint(parent, dentry);
    if (IS_ERR(p))
        return p;
    
    return mnt_clone(p, parent);
}

在上述代码中，通过调用__find_mountpoint函数来查找某个文件系统的挂载点。如果找到了挂载点，则返回该挂载点的地址；如果没有找到，则继续向上查找，直到根挂载点。如果最终没有找到挂载点，则返回错误码-ENOENT。

4.2. 增加挂载点

增加挂载点是将一个新的文件系统挂载到指定的挂载点上。


int do_mount(const char *dev_name, const char *dir_name,
        const char *type, unsigned long flags, const void *data)
{
    struct nameidata nd;
    struct vfsmount *mnt;
    struct dentry *dir;
    // Step 1: 根据设备名称找到对应的设备结构体
    struct block_device *bdev = lookup_bdev(dev_name);
    if (IS_ERR(bdev))
        return PTR_ERR(bdev);
    // Step 2: 根据目录名称找到对应的dentry结构体和vfsmount结构体
    int retval = path_lookup(dir_name, LOOKUP_FOLLOW, &nd);
    if (retval)
        return retval;
    
    dir = nd.path.dentry;
    // Step 3: 调用mount_fs函数进行实际的挂载操作
    mnt = mount_fs(type, flags, data, bdev, dir);
    if (IS_ERR(mnt)) {
        retval = PTR_ERR(mnt);
        goto out;
    }
    
    // Step 4: 将vfsmount结构体链接到dentry的d_mount成员上
    dir->d_mount = mnt;
    retval = 0;
out:
    // Step 5: 释放nameidata结构体
    path_put(&nd);
    return retval;
}

在上述代码中，首先根据设备名称找到对应的设备结构体，然后根据目录名称找到对应的dentry结构体和vfsmount结构体。接下来，调用mount_fs函数进行实际的挂载操作，将新的文件系统挂载到指定的挂载点上。最后，将vfsmount结构体链接到dentry的d_mount成员上，完成挂载。

4.3. 删除挂载点

删除挂载点是将一个已挂载的文件系统从挂载点上卸载。


int do_umount(struct mount *mnt, int flags)
{
    struct list_head *p;
    // Step 1: 判断是否是根挂载点
    if (mnt == current->nsproxy->mnt_ns->root)
        return -EINVAL;
    // Step 2: 判断是否有子挂载点
    list_for_each(p, &mnt->mnt_mounts)
    {
        struct mount *child = list_entry(p, struct mount, mnt_instance);
        if (child->mnt_parent != mnt)
            return -EBUSY;
    }
    // Step 3: 调用umount_fs函数进行实际的卸载操作
    int retval = umount_fs(mnt, flags);
    if (retval)
        return retval;
    // Step 4: 解除挂载点的关联
    mnt->mnt_parent->mnt_mounts.next = mnt->mnt_mounts.next;
    mnt->mnt_mounts.next->prev = &mnt->mnt_parent->mnt_mounts;
    // Step 5: 释放mount结构体和vfsmount结构体
    free_mount(mnt);
    
    return 0;
}

在上述代码中，首先判断是否是根挂载点，如果是则返回错误码-EINVAL。然后判断是否有子挂载点，如果有则返回错误码-EBUSY。接下来，调用umount_fs函数进行实际的卸载操作，将文件系统从挂载点上卸载。最后，解除挂载点的关联，释放mount结构体和vfsmount结构体，完成卸载。

5. 挂载表的优化

为了提高文件系统的访问性能，在Linux系统中可以采用一些优化策略来管理挂载表，减少挂载点的查找和挂载操作的开销。

5.1. 挂载点缓存

挂载点缓存是一种将已经挂载的文件系统的挂载点信息缓存起来，以减少查找挂载点的开销。当用户请求访问某个文件系统时，首先从挂载点缓存中查找对应的挂载点信息，如果找到则直接使用，避免了遍历挂载表链表来查找挂载点的过程。


struct vfsmount *lookup_mnt(struct vfsmount *mnt, const struct path *path)
{
    struct mount *parent = mnt->mnt_root->d_mount->mnt;
    struct mount *child = path->dentry->d_mount->mnt;
    if (child == parent)
        return mnt;
    if (child->mnt_root == path->dentry && child->mnt_parent->mnt == parent)
        return child->mnt;
    return lookup_mnt(child->mnt, path);
}

在上述代码中，通过调用lookup_mnt函数来在挂载点缓存中查找对应的挂载点信息。如果找到了挂载点，则返回对应的vfsmount结构体；如果没有找到，则继续向上查找，直到根挂载点。

5.2. 挂载点延迟加载

挂载点延迟加载是一种将文件系统挂载的操作延迟到真正需要访问该文件系统时才进行的策略。当用户请求访问某个文件系统时，系统先通过挂载点缓存判断文件系统是否已经挂载，如果已挂载则直接使用，否则再进行挂载操作。这样可以减少不必要的挂载操作，提高系统的性能。

挂载点延迟加载可以通过模块化设计来实现。系统中可以将不常用的文件系统模块化，只有在需要访问该文件系统时才将其加载到内核中，并挂载到指定的挂载点上。

6. 总结

通过深入了解Linux挂载表，我们能够更好地理解文件系统的挂载和卸载过程，以及挂载表的管理和优化。挂载表在Linux系统中起着非常重要的作用，可以实现文件系统的挂载和卸载，管理文件系统的参数和选项，并提供相关的接口和函数供用户调用。同时，通过挂载点缓存和挂载点延迟加载等优化策略，可以提高文件系统的访问性能，减少系统的开销。

深入了解Linux挂载表，提高系统性能