在Linux VFS（虚拟文件系统）中，路径查找（Path Lookup） 是最常见的操作之一。路径查找的重要作用是将用户空间中的路径名转换为内核中对应的dentry对象，为系统调用提供支持。每次涉及文件系统的系统调用（如open、read、write等），都会通过路径查找来解析文件路径，以找到最终必要的dentry对象。
1. 路径查找的根本步骤
路径查找的过程是逐层解析路径名中的每个组件（用/分隔的子字符串），直到找到表示目的文件或目录的dentry为止，这个dentry称为最终dentry（final dentry）。路径查找包罗以下几个重要步骤：
- 创建nameidata对象：每次路径查找都会创建一个nameidata对象，用于存储中央查找效果，包罗当前路径的dentry和状态信息。
- 初始化出发点：查找路径的起始dentry取决于路径名的首字符。假如路径名以/开头，则查找从进程的根目录dentry开始；否则，从进程的当前工作目录dentry开始。
- 逐层查找路径组件：内核依次查找路径名中的每个组件。在每级查找中，内核通过比较名称，将该组件与上一级dentry的子项名称进行匹配。
- 缓存效果：每找到一个dentry，内核会将其保存在nameidata对象中，以加速后续查找。
- 完成查找：路径查找完成后，调用complete_walk函数结束查找过程，返回查找状态。
2. 路径查找中的特别情况
在路径查找过程中，内核必要处理一些特别情况，例如符号链接（symlink）和挂载点（mount point）：
- 符号链接（Symlink）：假如在路径查找中碰到一个符号链接，系统会调用trailing_symlink函数来解析符号链接，并将其指向的路径插入到当前路径查找中，继续解析。
- 挂载点（Mount Point）：假如dentry表示一个挂载点，查找过程会通过挂载树中的mount结构，切换到挂载文件系统的根目录dentry，并从该目录继续查找。
3. 路径查找的两大关键元素
路径查找过程的乐成与否重要取决于两个关键因素：起始点和挂载点。
- 起始点：查找的起始点大概是根目录或当前工作目录，取决于路径名的首字符。对于通过chroot（改变根目录）系统调用更改过根目录的进程，路径查找的起始点也会随之改变，从而影响查找效果。
- 挂载点和定名空间：挂载点大概因定名空间差别而表现差别。若进程所在的定名空间差别，则路径查找中的挂载点也会有所差别，导致类似路径在差别的定名空间中返回差别的查找效果。
4. 路径查找表示图
下面的表示图可以帮助明确路径查找过程如何解析路径组件，并逐步定位到最终dentry对象：
- 起点: [根目录dentry] ----> /home/user/docs/file.txt
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- v
- [ / ] (根dentry)
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- |
- [ home ] (dentry)
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- |
- [ user ] (dentry)
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- |
- [ docs ] (dentry)
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- |
- [ file.txt ] (最终dentry)
- 起始dentry是根目录dentry，因为路径以/开头。
- 内核逐层解析路径的每个组件home -> user -> docs -> file.txt，在每级查找时比较当前目录中的文件名，找到匹配的dentry。
- 每找到一个组件对应的dentry，就将其保存到nameidata对象中。
- 最终找到目的dentry file.txt，即路径查找的终点。
5. 路径查找的优化
路径查找在VFS中的频率极高，Linux内核通过以下优化本领来加速路径查找：
- Dentry缓存：系统会缓存最近访问的dentry对象，以淘汰重复查找的本钱。
- 路径预解析：内核会预先解析已知路径，将其保存在高速缓存中，紧缩未来查找的时间。
总结
路径查找是Linux文件系统中一个频仍且重要的操作。通过路径查找，Linux内核能够高效地将用户提供的路径名转换为内核中的dentry结构。路径查找过程中的起始点和挂载点是影响查找效果的两个关键因素，内核通过符号链接和挂载树等机制处理路径中的特别情况，使得路径查找可以在复杂的文件系统环境中高效、正确地工作。
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