详解Linux中的虚拟文件系统

在上面的第一个简单示例中，只要 sysfs_create_files() 命令运行，trace.py bcc 工具脚本就会打印出一条消息。我们看到 sysfs_create_files() 由一个 kworker 线程启动，以响应 USB 棒的插入事件，但是它创建了什么文件？第二个例子说明了 eBPF 的强大能力。这里，trace.py 正在打印内核回溯（-K 选项）以及 sysfs_create_files() 创建的文件的名称。单引号内的代码段是一些 C 源代码，包括一个易于识别的格式字符串，所提供的 Python 脚本引入 LLVM 即时编译器（JIT） 来在内核虚拟机内编译和执行它。必须在第二个命令中重现完整的 sysfs_create_files() 函数签名，以便格式字符串可以引用其中一个参数。在此 C 片段中出错会导致可识别的 C 编译器错误。例如，如果省略 -I 参数，则结果为“无法编译 BPF 文本”。熟悉 C 或 Python 的开发人员会发现 bcc 工具易于扩展和修改。

插入 USB 记忆棒后，内核回溯显示 PID 7711 是一个 kworker 线程，它在 sysfs 中创建了一个名为 events 的文件。使用 sysfs_remove_files() 进行相应的调用表明，删除 USB 记忆棒会导致删除该 events 文件，这与引用计数的想法保持一致。在 USB 棒插入期间（未显示）在 eBPF 中观察 sysfs_create_link() 表明创建了不少于 48 个符号链接。

无论如何，events 文件的目的是什么？使用 cscope 查找函数 __device_add_disk() 显示它调用 disk_add_events()，并且可以将 “mediachange” 或 “ejectrequest” 写入到该文件。这里，内核的块层通知用户空间该 “磁盘” 的出现和消失。考虑一下这种检查 USB 棒的插入的工作原理的方法与试图仅从源头中找出该过程的速度有多快。

只读根文件系统使得嵌入式设备成为可能

确实，没有人通过拔出电源插头来关闭服务器或桌面系统。为什么？因为物理存储设备上挂载的文件系统可能有挂起的（未完成的）写入，并且记录其状态的数据结构可能与写入存储器的内容不同步。当发生这种情况时，系统所有者将不得不在下次启动时等待 fsck 文件系统恢复工具 运行完成，在最坏的情况下，实际上会丢失数据。

然而，狂热爱好者会听说许多物联网和嵌入式设备，如路由器、恒温器和汽车现在都运行着 Linux。许多这些设备几乎完全没有用户界面，并且没有办法干净地让它们“解除启动”。想一想启动电池耗尽的汽车，其中运行 Linux 的主机设备 的电源会不断加电断电。当引擎最终开始运行时，系统如何在没有长时间 fsck 的情况下启动呢？答案是嵌入式设备依赖于只读根文件系统（简称 ro-rootfs）。

ro-rootfs 是嵌入式系统不经常需要 fsck 的原因。 来源：https://tinyurl.com/yxoauoub

ro-rootfs 提供了许多优点，虽然这些优点不如耐用性那么显然。一个是，如果 Linux 进程不可以写入，那么恶意软件也无法写入 /usr 或 /lib。另一个是，基本上不可变的文件系统对于远程设备的现场支持至关重要，因为支持人员拥有理论上与现场相同的本地系统。也许最重要（但也是最微妙）的优势是 ro-rootfs 迫使开发人员在项目的设计阶段就决定好哪些系统对象是不可变的。处理 ro-rootfs 可能经常是不方便甚至是痛苦的，编程语言中的常量变量经常就是这样，但带来的好处很容易偿还这种额外的开销。

对于嵌入式开发人员，创建只读根文件系统确实需要做一些额外的工作，而这正是 VFS 的用武之地。Linux 需要 /var 中的文件可写，此外，嵌入式系统运行的许多流行应用程序会尝试在 $HOME 中创建配置的点文件。放在家目录中的配置文件的一种解决方案通常是预生成它们并将它们构建到 rootfs 中。对于 /var，一种方法是将其挂载在单独的可写分区上，而 / 本身以只读方式挂载。使用绑定或叠加挂载是另一种流行的替代方案。

绑定和叠加挂载以及在容器中的使用

运行 man mount 是了解绑定挂载bind mount和叠加挂载overlay mount的最好办法，这种方法使得嵌入式开发人员和系统管理员能够在一个路径位置创建文件系统，然后以另外一个路径将其提供给应用程序。对于嵌入式系统，这代表着可以将文件存储在 /var 中的不可写闪存设备上，但是在启动时将 tmpfs 中的路径叠加挂载或绑定挂载到 /var 路径上，这样应用程序就可以在那里随意写它们的内容了。下次加电时，/var 中的变化将会消失。叠加挂载为 tmpfs 和底层文件系统提供了联合，允许对 ro-rootfs 中的现有文件进行直接修改，而绑定挂载可以使新的空 tmpfs 目录在 ro-rootfs 路径中显示为可写。虽然叠加文件系统是一种适当的文件系统类型，而绑定挂载由 VFS 命名空间工具 实现的。

（编辑：周口站长网）

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