用户态文件系统框架FUSE的介绍及示例

妖刀路过

了解Linux文件系统的同学都清楚，Linux的文件系统都是在内核态开发的。内核态开发最大的问题是涉及的内容比价多，调试不太方便。因此，很多应用都不太原因涉及内核态的开发。而fuse解决了文件系统必须在内核态的的难题。 它将文件系统的实现从内核态搬到了用户态，也就是我们可以在用户态实现一个文件系统。fuse有很多应用，比如与对象存储（例如S3等）结合，可以实现通过普通目录访问云对象存储的方式，简化应用访问对象存储的复杂性。
本号将陆续推出3-5篇文章介绍fuse，今天是第一篇，将介绍fuse的基本原理，及给出一个非常简单的示例程序。多说无益，我们接下来实际操作一下fuse。
软件安装
要使用该库进行用户态文件系统的开发，必需先安装。包括软件包和开发用的头文件等内容。不同的平台安装方法略有不同，下面分别介绍一下。
Ubuntu 16.04

sudo apt-get install libfuse2 libfuse-dev

CentOS 6

yum install fuse fuse-devel

本文安装的是fuse-devel-2.9.4-1.0.4.el6.x86_64版本的，后续示例程序也是该版本的，如果版本不一致在测试时可能略有不同。

fuse基本原理

简单的理解，fuse实现了一个对文件系统访问的回调。fuse分为内核态的模块和用户态的库两部分。其中用户态的库为程序开发提供接口，也是我们实际开发时用的接口，我们通过这些接口将请求处理功能注册到fuse中。内核态模块是具体的数据流程的功能实现，它截获文件的访问请求，然后调用用户态注册的函数进行处理。

图1 fuse处理流程

如图1所示，其中fuse_user是开发的用户态的文件系统程序，该程序启动的时候会将自己开发的接口注册到fuse中，比如读写文件的接口，遍历目录的接口等等。
同时，通过该程序在系统某个路径挂载fuse文件系统，比如/tmp/file_on_fuse_fs。此时如果在该目录中有相关操作时，请求会经过VFS到fuse的内核模块（上图中的步骤1），fuse内核模块根据请求类型，调用用户态应用注册的函数（上图中步骤2），然后将处理结果通过VFS返回给系统调用（步骤3）。