一篇文综合分析Fuse！

news2024/11/17 13:50:51

FUSE需求

究竟什么样的需求才能用到用户文件系统？

来看一个小例子：

需求是这样的。在deepin的安装器中，安装器就会给多分出一个分区：数据盘。

数据盘的主要作用是让用户存放数据文件，也就是以前用Windows的时候D盘或者E盘等的作用，放点图片、视频资源等。用户重装系统的时候，也可以方便的做数据迁移。这个数据盘大概隐含隐性需求：

文件权限不要太严格；

$ setfacl -d -m "g:sudo:rwx" /xxx
$ setfacl -m "g:sudo:rwx" /xxx

主要差别体现在ACL规则的继承上面，上面一句默认继承

Linux（可能其他系统也是）对ACL的处理有点奇怪，假如在拥有ACL规则的对象（文件或者文件夹）上进行chmod操作，那么chmod 会对对象的ACL规则造成影响，影响的结果就是对象虽然有ACL规则，但是ACL的有效值会变成chmod要达成的效果。

$ getfacl testacl              
# file: testacl
# owner: hualet
# group: hualet                 #chmod 700 testacl
user::rwx
group::r--                      #effective:---
group:sudo:rwx                  #effective:---
mask::---
other::---

造成的问题：系统里面的A用户放在数据盘里面的文件B用户怎么无法访问

FUSE（Filesystem in Userspace）就是用户空间的文件系统，它的出现让非内核开发者开发自己的文件系统成为可能，非特权用户不需要获取特权就可以挂载自己的文件系统。对于开发者来说，FUSE更多是一个开发框架，用来开发和实现用户空间系统，这个框架主要分为三个部分：内核模块、libfuse和文件系统守护进程，它们之间的关系如下图所示：

图中的./hello就是文件系统守护进程，/tmp/fuse则是这个文件系统的挂载点。文件系统工作在用户空间，通过libfuse跟内核中的FUSE模块进程通信，代理所有用户对挂载点内文件的访问请求，从而实现特殊的文件系统功能需求。

举个例子，sshfs就是一种用户空间文件系统，用来将ssh服务器上的一个文件夹挂载到本地使用。它的使用方式特别简单，只需执行命令：sshfs [user@]host:[dir] mountpoint，这样你在mountpoint下看到的文件的文件就是你ssh服务器上相应文件夹的文件，你再本地做得修改也都会在你的ssh服务器上体现出来。

因为libfuse使用起来非常方便，所以有不少有意思的文件系统都是基于FUSE完成的（见FUSE Filesystems）。类似上面的sshfs可能更像是开发者的一个玩具，但是FUSE家族也不缺乏一些重量级的文件系统，像ZFS和NTFS等也是基于FUSE实现的。这么说并不是在FUSE完美无瑕，实际上很多人批评FUSE的性能比较差，据To FUSE or Not to FUSE: Performance of User-Space File Systems这篇论文测算，FUSE文件系统在吞吐量上比原生的文件系统要低83%，而CPU占用则要高31%。

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Extfuse提出背景

EXTFUSE与现有的用户文件系统框架协同工作，允许快速路径和现有的慢速路径共存，而不会对目标用户文件系统的设计进行重大更改

fuse 文件挂载的小例子：

Fuse 包含两个部分 - kernel 和用户态 daemon。内核部分是一个 Linux 的内核模块，它会在 Linux 的 VFS 上面注册一个 Fuse 的文件系统驱动。这个 Fuse 驱动可以认为是一个 proxy，会将请求给转发到后面的用户态 daemon 上面。

Fuse 内核模块也会注册一个 /dev/fuse 的块设备，这个就是 kernel 和用户态 daemon 交互的接口。通常 Daemon 会从 /dev/fuse 上面读取到 Fuse 的请求，处理并且将数据写回到 /dev/fuse。一个简单的 Fuse 流程如下：

应用程序在挂载的 Fuse 的文件系统上面进行操作。
VFS 会将操作转发到 Fuse 的 kernel driver 上面。
Fuse 的 kernel driver 分配一个 request，并且将这个 request 提交到 Fuse 的 queue 上面。
Fuse 的用户态 daemon 会从 queue 里面通过读取 /dev/fuse 将这个 request 取出来并且处理。这里需要注意，处理 request 的时候仍然可能进入 kernel，譬如可能将 request 发到 Ext4 去实际处理。
当请求处理完毕，Daemon 会将结果写回到 /dev/fuse。
Fuse 的 kernel 标记这个 request 结束，然后唤醒用户应用程序。

EXTFUSE由三个组件组成。首先是一个帮助器用户库，它提供了一组熟悉的文件系统API来注册扩展并实现C语言子集的定制快速路径功能。其次，包装器(no-op)插入驱动程序，该驱动程序与低级VFS接口连接，并提供必要的支持，以便根据需要将请求转发到已注册的内核扩展以及较低的文件系统。第三，安全地执行扩展的内核内的虚拟机(VM)运行时。

慢速路径：开销大，红色的切换

快速路径：开销小，迅速切换

工作流程：

1.挂载阶段：在挂载用户文件系统时，FUSE驱动程序向用户空间守护进程发送FUSE_INIT请求。(1&&4)

2.用户守护进程通过在请求参数中查找FUSE_CAP_EXTFUSE标志来检查操作系统内核是否支持EXTFUSE框架。如果支持，守护程序必须调用libExtFUSE init API将包含专用处理程序(扩展)的eBPF程序加载到内核中，并将其注册到EXTFUSE驱动程序。这是使用bpf_Load_prog系统调用来实现的，该系统调用eBPF验证器来检查扩展的完整性。