virtiofs

virtiofs是一种基于FUSE的虚拟文件系统设备. 首先来介绍一下FUSE.

FUSE

使用FUSE编写一个用户态文件系统的教程: https://blog.csdn.net/wenwen091100304/article/details/48011813. 其大致做法是, 调用libfuse库中的fuse_main, 将支持的操作集合fuse_operations以及挂载点比如/tmp/fuse_eg传给fuse_main, 这就会自动创建一个FUSE用户态的文件系统, 并挂载到/tmp/fuse_eg下. 如下图:

output

参考资料

FUSE协议:https://man7.org/linux/man-pages/man4/fuse.4.html

https://fishpi.cn/article/1640420458343?p=1&m=0

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/include/uapi/linux/fuse.h

通过libfuse编写FUSE文件系统的教程: https://blog.csdn.net/t3swing/article/details/82901628

daemon和FUSE.ko的工作流程介绍: https://zhuanlan.zhihu.com/p/143256077. 简单来讲, 就是作为daemon，文件系统进程通过读取"/dev/fuse"设备文件来获得数据，如果pending queue为空，它将陷入阻塞等待. 当pending queue上有请求到来时，daemon进程将被唤醒并处理这些请求。

virtiofs的具体实现

对于virtiofs来说, 其driver类似与fuse中的kernel module fuse.ko, device为fuse daemon守护进程. 通过virtqueue, 根据fuse协议进行通信.

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fuse协议: https://man7.org/linux/man-pages/man4/fuse.4.html

virtqueues包含:

  • 0 hiprio
  • 1 notification queue (only VIRTIO_FS_F_NOTIFICATION feature is set)
  • 2...n request queues

hiprio用于存放高优先级的fuse请求(FUSE_INTERRUPT, FUSE_FORGET, and FUSE_BATCH_FORGET), 避免request queues已满导致无法发送高优先级请求.

request queues之间没有顺序, 多个队列只是为了提高性能.

设备配置空间

struct virtio_fs_config {
    char tag[36]; //文件系统名
    le32 num_request_queues;
    le32 notify_buf_size;
};

request queue

存放在request queue中的fuse request格式满足fuse协议规定, 即:

struct virtio_fs_req {
    // Device-readable part
    struct fuse_in_header in;
    u8 datain[];
    // Device-writable part
    struct fuse_out_header out;
    u8 dataout[];
};