在了解了什么物理文件系统的实现原理以后，可以进一步了解一下Linux内核是如何将不同的物理文件系统集成在一起的？Linux抽象了一个虚拟文件系统VFS，所有的文件系统要想支持linux系统都需要实现VFS的标准接口。
3 Linux虚拟文件系统的原理和实现
我认为，Linux文件系统是由物理文件系统和虚拟文件系统共同组成的，尽管很多书籍都只讲了虚拟文件系统。无疑，虚拟文件系统是Linux文件系统的核心，物理文件系统只是持久化在磁盘上的一个数据结构，它为文件系统的功能提供了基础支撑，但它是静态的，虚拟文件系统实现了访问文件的整个过程，是动态的，有点类似程序和进程的关系。下面将详细介绍linux虚拟文件系统的架构和实现过程。
3.1 用户视角看待windows和linux文件系统的区别
使用windows的人对磁盘和文件系统的感受是这样的：比如你有一台windows的笔记本，硬盘1T，分了4个逻辑分区，分别是：C盘、D盘、E盘、F盘，当然，你还可以给每个盘起一个名字C盘（system），D盘（program）、E盘（work）、F盘（data），4个逻辑分区都是NTFS格式。在使用windows系统时，你有多少个逻辑分区，每个分区是什么格式（物理文件系统的类型），你是非常清楚的，这是使用windows系统的人的直观感受。
对于使用linux的人感受是这样的：比如你有一台linux虚拟机，你在宿主机上虚拟了一块硬盘，大小为20G，在创建系统的时候，会自动将硬盘划分成多个逻辑分区，这可以通过df -i命令来查看，如下：
这里列出的devtmpfs、tmpfs、/dev/sda3都是文件系统，但是，在用户视角来看，你并不能直观的看到这些分区，永远看到的都是一个虚拟目录树，所谓虚拟目录树就是以根结点/为开始，/usr、/root、/etc等文件夹组成的一颗树。如下图：
这就是windows系统和linxu系统从用户视角看到的最大区别：windows系统可以直观的看到每个逻辑分区，而linux系统只能看到一颗虚拟目录树，而具体的文件系统是挂载（mount on）到虚拟目录树的某个路径上，只能够通过df命令进行查看。
3.2 虚拟文件系统VFS架构
虚拟目录树只是linux虚拟文件系统的一个直观感受，虚拟目录树下面是虚拟文件系统的一系列复杂实现。先看一下VFS的架构，如下图：
VFS由四大部分构成，分别是：
- 对应用程序提供的统一的文件系统API访问接口，这是一组接口，没有实现，但它同时是一个标准，所有的文件系统都要实现这个标准才能接入被应用程序访问。这一层接口类似java的interface，所有文件系统都要实现这个interface集合，应用程序在调用文件系统功能的时候，比如，应用程序调用open函数打开一个文件，虚拟文件系统会调用具体文件系统的open函数，调用是通过接口形式实现的，对于虚拟文件系统来讲，它不需要知道具体的文件系统是如何open这个文件的，这些细节都由具体的文件系统来实现，这一层标准的API定义可以参考如下一段linux源码截图，
通过上面源码的截图可以看到，基于文件的很多操作都在API里面有定义，但是却没有具体实现。
- 各种物理文件系统对于虚拟文件系统的API的具体实现，如ext2系统的实现，ext4系统的实现；
- 物理文件系统的元数据的缓存：虚拟文件系统缓存了目录项、inode等数据，提高文件的访问速度，
- 页缓存：通过页缓存 （page cache）优化I/O速度
3.3 页缓存（PageCache）
PageCache是文件系统访问磁盘数据的一种优化策略，由于访问磁盘的速度很慢，为了提升访问速度，可以考虑把从磁盘访问拿到的数据在PageCache中做缓存，这样，第一次访问这的时候由于要从磁盘中获取数据，所以速度很慢，但是第二次访问的时候，由于数据在PageCache中已经存在，就可以直接获取到数据，而不用再访问磁盘，大大提升了访问速度。这有点像应用开发中数据库的速度慢，引入redis做缓存来提升访问速度，是同样的思路。
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