在Linux文件系统中，文件系统挂载（Filesystem Mounting） 是一个关键操作，它将一个文件系统连接到现有的目录结构（文件系统层次结构）中，使该文件系统的内容可以被访问。Linux内核通过构建**挂载树（mount tree）**来维护系统中的挂载信息，确保不同文件系统间的层级关系能够准确、快速地呈现。
1. 挂载的基本概念
挂载的过程可以理解为将一个文件系统的根目录"嫁接"到当前文件系统层次结构中的某个目录上。这个目录称为挂载点（mount point），一旦文件系统被挂载到该目录，用户访问该目录时实际上访问的是挂载的文件系统中的内容。
例如，将一个新的存储设备（如USB驱动器）挂载到系统中的/media/usb目录后，用户访问/media/usb时即在访问USB驱动器中的文件。
2. Linux内核中的挂载树结构
Linux内核通过挂载树 （mount tree）来组织和管理挂载点及文件系统层级关系。挂载树是内存中的一个树状数据结构，它包含了所有文件系统的挂载关系。每个节点表示一个挂载（mount），挂载树的叶子节点表示文件系统的最底层目录。
在挂载树中，每个节点（mount结构）包含两个重要的指针：
- 指向挂载点的dentry指针：挂载点是新文件系统的"起点"，在挂载树中存储了指向该目录的dentry指针。
- 指向新文件系统根目录的dentry指针：每个挂载节点还包含指向新挂载文件系统根目录的dentry指针，以此表示该文件系统的根目录在挂载后的层级结构中所处的位置。
通过这两个指针，Linux内核可以实现挂载点的桥接，即在挂载点与新文件系统根目录之间建立逻辑联系。虽然挂载点的dentry与新文件系统根目录的dentry之间没有直接的父子关系，但挂载结构提供了连接的桥梁，确保了目录层级结构的完整性。
3. 挂载过程的工作机制
文件系统挂载的过程可以概括如下：
- 定位挂载点 ：挂载时，系统会首先找到挂载点的dentry（如
/media/usb的dentry）。 - 连接新文件系统的根目录：系统将新文件系统的根目录与挂载点相连接。此时，挂载结构中包含了挂载点dentry的指针以及新文件系统根目录dentry的指针。
- 更新挂载树：系统将挂载结构添加到挂载树中，形成新的节点，表示新挂载的文件系统。
通过这种机制，挂载树可以完整表达出所有挂载文件系统的层级结构，并在需要访问时快速定位到文件系统的根目录。
4. 挂载树的作用与管理
挂载树结构是Linux内核用于管理和优化挂载信息的核心机制：
- 快速路径解析：挂载树使得系统可以快速找到每个挂载点的父节点和子节点，加速路径解析，尤其在跨文件系统的情况下更为显著。
- 高效管理多个文件系统：Linux通过挂载树可以将不同的文件系统（如本地文件系统和网络文件系统）统一管理，保证了文件系统的层次一致性。
- 动态调整：挂载树在文件系统卸载或挂载新的文件系统时会自动更新，以维护当前的文件系统状态。
5. 挂载点与dentry的关系
挂载点的dentry和新文件系统根目录的dentry之间并不直接存在父子关系，而是通过挂载结构作为桥梁来连接它们。挂载结构将挂载点dentry和新文件系统根目录的dentry信息保存在同一个节点上，形成逻辑上的层次关系。
6. 挂载示例图
通过一个示意图，可以更清晰地展示挂载点与新文件系统根目录的连接关系：
Root Filesystem
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/media (dentry)
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/media/usb (挂载点 dentry) <--- Mount Structure ---> Root of New Filesystem
- Root Filesystem：表示根文件系统。
- /media/usb (挂载点) ：系统将新文件系统挂载到
/media/usb，此时挂载结构将/media/usb的dentry与新文件系统根目录的dentry连接起来。 - Mount Structure：充当桥梁，包含指向挂载点dentry的指针和新文件系统根目录的dentry指针。
总结
Linux的文件系统挂载机制通过挂载树结构和dentry指针实现了文件系统间的无缝连接和统一管理。在挂载过程中，挂载结构起到了桥梁的作用，使得挂载点和新文件系统根目录间的层级关系得以建立和维护。挂载树不仅确保了文件系统的层次一致性，还提高了路径解析效率和文件访问的性能，是Linux文件系统管理中的关键机制。