使用 FUSE 开发自己的文件系统

Sumit Singh, 软件工程师, IBM

2006 年 4 月 10 日

使用用户空间的文件系统（FUSE），您无需理解文件系统的内幕，也不用学习内核模块编程的知识，就可以开发用户空间的文件系统框架。本文是一篇简单的逐步介绍的指南，内容包括安装、定制和启用 FUSE 和 AFS，这样您就可以在 linux® 的用户空间中创建自己的功能完备的文件系统了。

文件系统是一种用来存储和组织计算机文件、目录及其包含的数据的方法，它使文件、目录以及数据的查找和访问得到简化。假如您正在使用一台计算机，很可能使用了多个文件系统。文件系统能提供丰富的扩展能力。它可以编写成底层文件系统的一个封装程序，从而对其中的数据进行治理，并提供一个增强的、具有丰富特性的文件系统（例如 cvsfs-fuse，它为 CVS 提供了一个文件系统的接口；或 Wayback 文件系统，它提供了一种用于保留原始数据文件的文件备份机制）。

在用户空间的文件系统出现之前，文件系统的开发曾是内核开发人员的工作。创建文件系统需要了解内核编程和内核技术（例如 vfs）方面的知识。调试则需要 C 和 C++ 方面的专业技能。但是其他开发人员需要熟练地操作文件系统以添加个性化特性（例如添加历史记录或转发缓存）及对其改进。

FUSE 简介

使用 FUSE 您可以开发功能完备的文件系统：其具有简单的 API 库，可以被非特权用户访问，并可以安全的实施。更重要的是，FUSE 以往的表现充分证实了其稳定性。

使用 FUSE，您可以像可执行二进制文件一样来开发文件系统，它们需要链接到 FUSE 库上 —— 换言之，这个文件系统框架并不需要您了解文件系统的内幕和内核模块编程的知识。

就文件系统来说，用户空间的文件系统就不再是新奇的设计了。用户空间文件系统的商业实现与学术实现的实例包括：

• LUFS 是一个混合用户空间的文件系统框架，它对用于任何应用程序无数的文件系统提供透明支持。大部分LUFS 包括一个内核模块和一个用户空间的守护进程。从根本上来说，它将大部分 VFS 调用都委托给一个专用的守护进程来处理。
• UserFS 让用户进程可以像普通的文件系统一样进行加载。这种概念性的原型提供了 FTPfs，这可以使用文件系统接口提供匿名 FTP 访问。
• Ufo PRoject 是为 Solaris 提供的一个全局文件系统，它答应用户将远程文件真正当作本地文件一样对待。
• OpenAFS 是 Andrew FileSystem 的一个开源版本。
• CIFS 是 Common Internet FileSystem 的简称。

与这些商业实现和学术实现不同，FUSE 将这种文件系统的设计能力带到了 Linux 中来。由于 FUSE 使用的是可执行程序（而不像 LUFS 一样使用的是共享对象），因此可以简化程序的调试和开发。FUSE 可以在 2.4.x 和 2.6.x 的内核上使用，现在可以支持 java™ 绑定，因此您可以不必限定于使用 C 和 C++ 来编写文件系统了。（有关更多使用 FUSE 的用户层的文件系统的内容，请参阅 参考资料。）

要在 FUSE 中创建一个文件系统，您需要安装一个 FUSE 内核模块，然后使用 FUSE 库和 API 来创建自己的文件系统。

展开 FUSE

要开发一个文件系统，首先请下载 FUSE 的源代码（请参阅 参考资料）并展开这个包：tar -zxvf fuse-2.2.tar.gz。这会创建一个 FUSE 目录，其中保存的是源代码。fuse-2.2 目录的内容如下：

• ./doc 包含了与 FUSE 有关的文档。现在，这只有一个文件 how-fuse-works。
• ./kernel 包含了 FUSE 内核模块的源代码（对于使用 FUSE 开发文件系统来说，您当然不用懂得这些代码的机制）。
• ./include 包含了 FUSE API 头，您需要这些文件来创建文件系统。您现在唯一需要的就是 fuse.h。
• ./lib 中存放的是创建 FUSE 库的源代码，您需要将它们与您的二进制文件链接在一起来创建文件系统。
• ./util 中存放的是 FUSE 工具库的源代码。
• ./example 当然包含的是一些供您参考的例子，例如 fusexmp.null 和 hello 文件系统。