VFS (Virtual File System)

Jan 28, 2026

핵심 개념

VFS(Virtual File System)는 ext4, NFS, FAT32, /proc 등 다양한 파일 시스템을 단일 인터페이스로 추상화하는 계층이다. 애플리케이션은 파일 시스템 종류와 무관하게 동일한 open(), read(), write() 시스템 콜을 사용할 수 있다.

UNIX 철학에서 “모든 것은 파일”이다. 디스크 파일뿐 아니라 디바이스, 네트워크, 프로세스 정보까지 파일처럼 다루려면 이러한 공통 추상화 계층이 필요하다.

동작 원리

4가지 핵심 객체 타입

VFS는 모든 파일 시스템을 4가지 객체 타입으로 추상화한다.

객체	설명	주요 연산
inode	개별 파일의 메타데이터	create, link, unlink, mkdir
file	열린 파일 인스턴스	open, read, write, mmap
superblock	마운트된 파일 시스템 전체	파일 시스템 마운트, inode 조회
dentry	디렉터리 엔트리 (경로 구성요소)	경로 탐색 캐싱

객체 지향 설계

각 객체는 함수 테이블 포인터를 가진다. VFS는 어떤 파일 시스템인지 모르고 함수 포인터만 호출한다.

struct file_operations {
    int (*open)(...);
    ssize_t (*read)(...);
    ssize_t (*write)(...);
    int (*mmap)(...);
    // ... 각 파일 시스템이 구현
};

객체 간 관계

superblock — inode — file 관계

superblock (ext4)

inode A inode B

열린 파일 (file)

P1 → A P2 → A P3 → B

inode: 파일 자체 (하나만 존재) — 소유자, 크기, 수정 시간, 데이터 블록 위치
file: 열린 파일 인스턴스 (여러 개 가능) — 현재 읽기/쓰기 위치, 열기 모드, 프로세스별 상태
dentry 캐시: 경로의 각 구성요소(/ → usr → include → stdio.h)를 캐싱하여 경로 탐색 속도를 높인다.

전체 구조

VFS 계층 구조

사용자 애플리케이션 open() · read() · write()

VFS inode · file · superblock · dentry

VFS 아래의 파일 시스템 구현체

ext4

NFS

/proc

VFS 인터페이스 함수 테이블 포인터로 연결

예시

VFS는 유니버설 어댑터에 비유할 수 있다. 한국 플러그(ext4), 미국 플러그(FAT32), 유럽 플러그(NFS) 모두 동일한 소켓(VFS)에 연결 가능하다.

open("/home/user/file.txt") 호출 시:

open() 호출 흐름

1 경로 탐색

VFS가 dentry 캐시에서 경로 탐색 (캐시 미스 시 실제 디렉터리 읽기)

2 객체 생성

해당 inode 반환 → file 객체 생성

3 실제 읽기

read() 호출 → VFS가 file→f_op→read() → ext4의 read 구현 실행

장단점

장점: 파일 시스템 종류와 무관하게 동일한 API 사용 가능, 새로운 파일 시스템 추가가 용이 (함수 테이블만 구현), dentry 캐시로 경로 탐색 성능 향상
단점: 추상화 계층으로 인한 약간의 오버헤드, 특수 파일 시스템의 고유 기능을 VFS로 노출하기 어려울 수 있음