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你有没有想过一个问题：Linux能挂载ext4，能挂载XFS，能挂载NFS网络文件系统，甚至能挂载Windows的NTFS，这些文件系统的底层实现完全不同，有的存在本地磁盘，有的在网络另一端，有的甚至根本没有物理存储（比如/proc），但是你用open()、read()、write()、close()这套API，都能操作它们。为什么？

答案藏在Linux内核的一个精妙设计里——VFS（Virtual File System，虚拟文件系统）。

这篇文章，我们就来彻底搞懂VFS，看完之后你会明白：Linux不是"支持很多文件系统"，而是设计了一套让任何文件系统都能接入的框架，这个设计思想对做架构的程序员极有启发，因为它展示了如何用C语言实现面向对象的设计模式，如何通过接口抽象屏蔽底层差异，如何用缓存和预读机制大幅提升性能。

一、从一个现象说起：文件系统的"方言"问题

先看一个事实。

ext4把文件数据存在磁盘上，用extent tree来管理块地址，每个extent描述一段连续的物理块，通过B+树组织，查找效率是O(log n)。XFS也存磁盘，但它用一种叫做allocation group的分组策略，把磁盘划分成多个独立管理的区域，每个区域有自己的inode表和空闲空间管理，这种设计让XFS在超大文件系统上表现出色，可以轻松管理几百TB甚至PB级的存储。

NFS呢？数据在远程服务器，通过RPC协议访问，走的是TCP/IP网络栈，一个文件读取可能要跨越几千公里的光纤，客户端和服务端之间通过NFS协